The majority of research that has been performed on cracking potential of concrete by shrinkage has assumed that concrete acts as a homogeneous material. However, with this approach, it is not able to evaluate the micro-cracking behavior in concrete due to autogenous shrinkage under unrestrained boundary condition (free boundary condition) nor to understand the cracking behavior properly because of the heterogeneous nature of concrete. To better understand the micro-cracking behavior of concrete induced by autogenous shrinkage, series of experiments were performed measuring the length change and acoustic emission energy. As an analytical approach, this research uses an object oriented finite element analysis code (OOF code) to simulate the behavior of the concrete on a meso-scale. The concrete images used in the simulations were directly obtained from mortar samples. From the experiments and simulation results, it was able to better understand the micro-cracking behaviour of concrete due to shrinking of paste phase and internal restraint by aggregates.
Kim, Sung-Wook;Park, Jung-Jun;Kang, Su-Tae;Ryu, Gum-Sung;Koh, Gyung-Taek;Lee, Jang-Hwa
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.1117-1120
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2008
In order to develop an Ultra High Performance Concrete (UHPC) suited to the Korean conditions, KICT has carried out several parts of research in the field of UHPC from 2003. KICT developed UHPC which was a structural material exhibiting very remarkable mechanical performances with compressive strength, tensile strength and flexural strength rising up to 200MPa, 15MPa and 35MPa, respectively. In addition, this material presents exceptional durability regard to the very low diffusion and penetration speeds of noxious substances like chloride ions. This 200MPa strength concrete has been effectively adopted for the construction of bridges like Sherbrooke Bridge in Canada in 1997, Sunyu Bridge in Korea in 2002, Meata Bridge in Japan in 2003, Sheperds Guelly Creek Bridge, the first ultra-high strength concrete highway bridge in Australia in 2004 and, more recently in 2005, Mars Hill highway bridge in USA in 2005. The construction of structures using ultra high performance concrete is a worldwide development trend of concrete technology for the construction of advanced facilities in the 21st century.
This study aims to establish an effective methodology for the detection of instant damages occurred in cable-stayed bridges with the measurements of cable vibration and structural temperatures. A transfer coefficient for the daily temperature variation and another for the long-term temperature variation are firstly determined to eliminate the environmental temperature effects from the cable force variation. Several thresholds corresponding to different levels of exceedance probability are then obtained to decide four upper criteria and four lower criteria for damage detection. With these criteria, the monitoring data for three stay cables of Ai-Lan Bridge are analyzed and compared to verify the proposed damage detection methodology. The simulated results to consider various damage scenarios unambiguously indicate that the damages with cable force changes larger than ${\pm}1%$ can be confidently detected. As for the required time to detect damage, it is found that the cases with ${\pm}2%$ of cable force change can be discovered in no more than 6 hours and those with ${\pm}1.5%$ of cable force change can be identified in at most 9 hours. This methodology is also investigated for more lightly monitored cases where only the air temperature measurement is available. Under such circumstances, the damages with cable force changes larger than ${\pm}1.5%$ can be detected within 12 hours. Even though not exhaustively reflecting the environmental temperature effects on the cable force variation, both the effective temperature and the air temperature can be considered as valid indices to eliminate these effects at high and low monitoring costs.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.17
no.4
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pp.101-111
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2013
In this study, DEA (Data Envelopment Analysis) was carried out on the four bridges, which have the same extension (L=1,615m), in order to select the most superior, economical method of construction using the LCC concept of each bridge structure in the case of the Ulsan-Pohang double track railway which is scheduled to be constructed. DEA models were analyzed with the CCR model, which was designed for the evaluation of relative efficiency of each model. The initial construction costs, maintenance costs, indirect costs (user costs + indirect loss of social costs), and life cycle costs were used as input variables, and average duration was applied as the output variable. LCC was applied to calculate the input variables, and to get the costs of LCC, 100 years of period and 4.83% of real discount rate were applied, and the costs are classified into initial construction, maintenance, user, and indirect loss of social cost. The analysis results showed that the Method 2 and 3 were evaluated as the most efficient, and the other alternatives were evaluated as the following order; Method 1, the default, and Method 4.
The Xiaolan channel super large bridge is unique in style and with greatest span in the world with a total length of 7686.57 m. The main bridge with spans arranged as 100m+220m+100m is a combined structure composed of prestressed concrete V-shape rigid frame and concrete-filled steel tubular flexible arch. First of all, the author compiles APDL command flow program by using the unit birth-death technique and establishes simulation calculation model in the whole construction process. The creep characteristics of concrete are also taken into account. The force ratio of the suspender, arch and beam is discussed. The authors conduct studies on the three-plate webs's rule of shear stress distribution, the box girder's longitudinal bending normal stress on every construction stage, meanwhile the distribution law of longitudinal bending normal stress and transverse bending normal stress of completed bridge's box girder. Results show that, as a new combined bridge, it is featured by: Girder and arch resist forces together; Moment effects of the structure are mainly presented as compressed arch and tensioned girder; The bridge type brings the girder and arch on resisting forces into full play; Great in vertical stiffness and slender in appearance.
Sim, Youngjong;Jin, Kyu-Nam;Hong, Eun-Soo;Kim, Hansung;Park, Jun Kyung
Land and Housing Review
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v.12
no.3
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pp.97-108
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2021
In bridge abutment structures, lateral squeeze due to lateral stress of embankment placement and thermal movement of the bridge structure leads to failure of approach slabs, girders, and bridge bearings. Recently, GRS (Geosynthetic-Reinforced Soil) integral bridge has been proposed as a new countermeasure. The GRS integral bridge is a combining structure of a GRS retaining wall and an integral abutment bridge. In this study, numerical analyses which considered construction sequences and earthquake loading conditions are performed to compare the behaviors of conventional PSC (Pre-Stressed Concrete) girder bridge, traditional GRS integral bridge structure and GRS integral bridge with bracket structures (newly developed LH-type GRS integral bridge). The analysis results show that the GRS integral bridge with bracket structures is most stable compared with the others in an aspect of stress concentration and deformation on foundation ground including differential settlements between abutment and backfill. Furthermore, the GRS integral bridge with/without bracket structures was found to show the best performance in terms of seismic stability.
Kim, Jong Wook;Kim, Jang-Ho Jay;Kim, Tae-Kyun;Lee, Tae Hee;Yang, Dal Hun
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1336-1349
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2018
Generally, a precast prestressed concrete (PSC) beam is used as girders for short-to-medium span (less than 30 m) bridges due to the advantages of simple design and construction, reduction of construction budget, maintenance convenience. In order to increase the span length beyond 50 m of precast PSC girder, PSC hollow box girder with unbonded prestressed H-type steel beam placed at the compressive region is proposed. The unbonded compressive prestressing in the H-type steel beams in the girder is made to recover plastic deflection of PSC girder when the pre-stressing is released. Also, the H-steel beams allow minimization of depth-to-length ratio of the girder by reducing the compressive region of the cross-section, thereby reducing the weight of the girder. A quasi-static 3-point bending test with 4 different loading steps is performed to verify safety and plastic deflection recovery of the girder. The experimental results showed that the maximum applied load exceeded the maximum design load and most of the plastic deflection was recovered when the compressive prestressing of H-type steel beams is released. Also using prestressed H-type steel as compression reinforcements in the upper part of cross section, repair and restoration difficulty and cost of PSC girders should be significantly reduced. The study result and analysis are discussed in detail in the paper.
Since ultra-high performance cementitious composites (UHPCC) not only represents high early age shrinkage strain due to its low water-to-binder ratio (W/B) and high fineness admixture usage but also reduces the cross section of structure from the higher mechanical properties, it generally has more shrinkage cracks from the restraints of formwork and reinforcing bars. In this study, free and restrained shrinkage experiments were conducted to evaluate the suitability of incorporating both expansive admixture (EA) and shrinkage reducing agent (SRA). The test results indi-cated that approximately 40~44% of free shrinkage strain was decreased. Also, the results showed that 35% and 47% of residual tensile stresses were relieved by synergetic effect of SRA and EA, respectively. Residual tensile stresses from ringtest were relaxed by approximately 61% and 64% of elastic shrinkage stresses due to SRA and EA, respectively, because of the tensile creep effect. Therefore, the creep effect should be considered to precisely estimate the restrained shrinkage behavior of concrete structures. The degree of restraint of UHPCC was approximately in the range of 0.78~0.85. The addition of combined EA and SRA showed minute influence on the degree of restraint. However, the effect decreased when thicker concrete ring was used. Tensile creep strains were measured and compared to the predicted values from 4-parametric prediction model considering time dependent restrained forces.
The influence of steel fiber volume on the tension softening behavior in steel fiber-reinforced ultra high strength concrete was investigated. Three-point bending test (TPBT) with notched beams was performed and inverse analysis method by Uchida et al. was adopted to obtain the tension softening behaviors from the results of TPBT. It could be found that the intial stiffness was constant regardless of steel fiber volume, the increase of steel fiber volume fraction made the tensile strength higher, but all of the curves converged on an asymptote with a crack width. It was proposed the equation of softening curve expressed by combination of plastic behavior part and exponential descending behavior part considering the steel fiber volume fraction and $\omega_0$, which is corresponding to the maximum crack width of plastic area. Thereafter, the crack propagation analysis using finite element method with smeared crack model was also carried out and it was confirmed that the proposed equation had a good agreement with the experimental results.
This paper examines the flexural behavior of full-scale prestressed concrete girders that were constructed of steel fiber reinforced ultra high performance concrete (UHPC). This study is designed to provide more information about the bending characteristics of UHPC girders in order to establish a reasonable prediction model for flexural resistance and deflection for future structural design codes. Short steel fibers have been introduced into prestressed concrete T-girders in order to study their effects under flexural loads. Round straight high strength steel fibers were used at volume fraction of 2%. The girders were cast using 150~190 MPa steel fiber reinforced UHPC and were designed to assess the ability of steel fiber reinforced UHPC to carry flexural loads in prestressed girders. The experimental results show that steel fiber reinforced UHPC enhances the cracking behavior and ductility of beams. Moreover, when ultimate failure did occur, the failure of girders composed of steel fiber reinforced UHPC was observed to be precipitated by the pullout of steel fibers that were bridging tension cracks in the concrete. Flexural failure of girders occurred when the UHPC at a particular cross section began to lose tensile capacity due to steel fiber pullout. In addition, it was determined that the level of prestressing force influenced the ultimate load capacity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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