Wen-ming Zhang;Jia-qi Chang;Xing-hang Shen;Xiao-fan Lu;Tian-cheng Liu
Structural Engineering and Mechanics
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v.88
no.1
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pp.53-65
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2023
With the gradual implementation of long-span suspension bridges into high-speed railway operations, the main beam's bending stiffness contribution to the live load response permanently grows. Since another critical control parameter of railway suspension bridges is the beam-end rotation angle, it should not be ignored by treating the main beam deflection as the only deformation response. To this end, the current study refines the existing method of the main cable shape and simply supported beam bending moment analogy. The bending stiffness of the main beam is considered, and the main beam's analytical expressions of deflection and rotation angle in the whole span are obtained using the cable-beam deformation coordination relationship. Taking a railway suspension bridge as an example, the effectiveness and accuracy of the proposed analytical method are verified by the finite element method (FEM). Comparison of the results by FEM and the analytical method ignoring the main beam stiffness revealed that the bending stiffness of the main beam strongly contributed to the live load response. Under the same live load, as the main beam stiffness increases, the overall deformation of the structure decreases, and the reduction is particularly noticeable at locations with original larger deformations. When the main beam stiffness is increased to a certain extent, the stiffening effect is no longer pronounced.
Park, Yong Myung;Kim, Dong Hyun;Kim, Hee Soon;Park, Jae Bong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.5
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pp.485-498
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2014
In this paper, vehicle-bridge interaction analysis under a series of moving vehicles to simulate a lane load was performed to estimate impact factor of the main cable, hanger and girder for the selected suspension bridges with 404m and 1545m main span. Korea Bridge Design Code(Limit State Design) was selected for the live model in which KL-510 truck was modeled 6-d.o.f. vehicle and a lane load was simulated by a series of single-axle vehicles. For the 404m main span bridge, hinge-type and floating-type girders at the tower were considered to examine the impact factor according to the connection and supporting type of the girders. The parameters considered herein are the types of live load-a truck only and a truck plus lane load, eccentricity of moving vehicles, road surface roughness and vehicle speed. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608 and it was applied to the truck only. The impact factors were also evaluated by using the influence line method that is commonly used in cable-supported bridges and compared with those from vehicle-bridge interaction analysis.
Park, Choon Hyok;Bae, Joo Sung;Yang, Seung Hyeon;Cho, Sang Kil
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.1
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pp.13-20
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1985
Two Cable-Stayed bridge on south coast in Korea has not constructed until a quarter of a century past since the beginning of it's own era. Our country is about to be interested in such a type of bridge. It has succeeded in constructing the 500 m spanned bridge against wind and earthquake in other several countries. Many contries are striving for designning a long spanned bridge to 1000m. For the realization of such a long spanned bridge in Korea clues to the problems, "How to design it", should be solved one by one. One of difficulties is in analysing the mechanical system because of multi-orter indeterminacy. In this study one of the numerical methods is proposed in order to eliminate the troublesome.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.36
no.3
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pp.349-359
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2016
In order to analytically evaluate buffeting responses, the analysis of wind characteristics such as turbulence intensity, turbulence length, gust, roughness coefficient, etc must be a priority. Static aerodynamic force coefficients, flutter coefficients, structural damping ratios, aerodynamic damping ratios and natural frequencies affect the analytical responses. The bridge interested in this paper has being been used for 32 years. As the time passes, current terrain conditions around the bridge are different markedly from the conditions it was built 32 years ago. Also, wind environments were considerably varied by the climate change. For this reason, it is necessary to evaluate the turbulence intensity, length, spectrum and roughness coefficient of the bridge site from full-scale measurements using the structural health monitoring system. The evaluation results indicate that wind characteristics of bridge site is analogous to that of open terrain although the bridge is located on the coastal area. To calculate buffeting responses, the analysis variables such as damping ratios, static aerodynamic force coefficients and natural frequency were evaluated from measured data. The analysis was performed with regard to 4 cases. The evaluated variables from measured data are applied to the first and second analysis cases. And the other analysis cases were performed based on Design Guidelines for Steel Cable Supported Bridges. The calculated responses of each analysis cases are compared with the buffeting response measured at less than 25m/s wind speed. It is verified that the responses by the numerical analysis applying the estimated variables based on full-scale measurements are well agreed with the measured actual buffeting responses under wind speed 25m/s. Also, the extreme wind speed corresponding to a recurrence interval 200 years is derived from Gumbel distribution. The derived wind speed for return period of 200 years is 45m/s. Therefore the buffeting responses at wind speed 45m/s is determined by the analysis applying the estimated variables.
Journal of the Korean Institute of Landscape Architecture
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v.38
no.3
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pp.75-82
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2010
This study formed an estimation of the visual characteristics of urban bridges in Yanghwaro in the Gyeongui Railroad Area using a landscape simulation. Existing theses have formerly only suggested directions for design based on visual preference, but there is as yet no research on the practical process of landscape design. As a result, it is difficult to directly apply this to bridge design. This study found a potential bridge site and presented a direction for bridge design in order to improve the image of the surrounding urban landscape by surveying the visual effects and landscape preferences of different bridge types. An urban landscape was produced using a landscape simulation model and was made the background for the survey. Five bridge types--Girder, Arch, Truss, Cable and Suspension--were selected and presented. The shapes of the bridges were selected based on the floor plan. The results of this study are as follows. In a preference analysis, every bridge except Girder was evaluated as a positive influence. When rating the image, 'artificial' was rated significantly higher than other traits when assessing the background image. When the Girder Bridge was introduced, 'stable' and 'orderly' were both rated highly while 'stable', 'beautiful', 'orderly' and 'interesting' were high with the introduction of the Arch Bridge. 'Beautiful', 'stable', and 'orderly' were given a high value in the introduction of the Truss Bridge and every image except 'natural', 'harmony' and 'orderly' were highly rated in the introduction of the Cable Bridge. Further, every image but 'natural' was highly rated with the introduction of the Suspension Bridge. Based on the analysis of the landscape, there is a difference in preference before and after modeling a bridge type, while the bridge itself is an influence when it is the main object of the simulated scene. This study researched only the shape of the bridge as a part of the landscape but other elements such as stability, economics, and construction are also factors in the design of a bridge. Stability, economics, construction and other factors must be considered when selecting a bridge type in the future.
Journal of the Korean Association of Geographic Information Studies
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v.15
no.4
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pp.114-123
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2012
This study is aimed to assess the stability of cable bridge by determining the geometric shape of the suspension bridge among the domestic coastal structures in public use after their completion of construction and the displacement of the target suspension bridge after public use. For this purpose, this study calculated the length between pylon piers for each period, sag, sag ratio and the displacement of pylon. Compared to the management standards for each step across different pylon behaviors of the target suspension bridge, this study found that the target suspension bridge behaves stably within the maintenance standards. To identify the behaviors of a suspension bridge accurately, the priority is put on the determination of geometric shape. Therefore, it is required to determine the surveyed shape model on a regular basis across public use period and increased traffics, which is expected to contribute considerably to ensuring the stability of the suspension bridge in its maintenance.
The study presents the earthquake performance of the Bosphorus Bridge under multi-point earthquake excitation considering the spatially varying site-specific earthquake motions. The elaborate FE model of the bridge is firstly established depending on the new considerations of the used FEM software specifications, such as cable-sag effect, rigid link and gap elements. The modal analysis showed that singular modes of the deck and the tower were relatively effective in the dynamic behavior of the bridge due to higher total mass participation mass ratio of 80%. The parameters and requirements to be considered in simulation process are determined to generate the spatially varying site-specific ground motions. Total number of twelve simulated ground motions are defined for the multi-support earthquake analysis (Mp-sup). In order to easily implement multi-point earthquake excitation to the bridge, the practice-oriented procedure is summarized. The results demonstrated that the Mp-sup led to high increase in sectional forces of the critical components of the bridge, especially tower base section and tensile force of the main and back stay cables. A close relationship between the dynamic response and the behavior of the bridge under the Mp-sup was also obtained. Consequently, the outcomes from this study underscored the importance of the utilization of the multi-point earthquake analysis and the necessity of considering specifically generated earthquake motions for suspension bridges.
This study was conducted for the torsional behavior of catwalk system which is a temporary structure on a suspension bridge. The torsional deformation of the catwalk structure has a significant effect on the workability and safety of workers during main cable erection. For this reason, the torsional deformation of catwalk is controlled to be acceptable levels below by adjusting the cross bridge interval in design stage. This study analyzed the effect of separation between cross bridge associated with twist safety of catwalk system. For the analytical approach, a detailed analysis model was created including cross bridge. Both wind load within the wind velocity range that allows the construction and eccentric load of Prefabricated Parallel Wire Strand were analyzed by analysis model. Result of study shows that separation between cross bridges has a significant effect on the torsional behavior of the catwalk.
The girder of self-anchored suspension bridge is subjected to large compression force applied by main cables. So, serious damage of the girder due to breakage of hangers may cause collapse of the whole bridge. With the time increasing, the hangers may break suddenly for their resistance capacities decrease due to corrosion. Using nonlinear static and dynamic analysis methods and adopting 3D finite element model, the responses of a concrete self-anchored suspension bridge to sudden breakage of hangers are studied in this paper. The results show that the sudden breakage of a hanger has significant effects on tensions of the hangers next to the broken hanger, bending and torsion moments of the girder, moments of the towers and reaction forces of the bearings. The results obtained from dynamic analysis method are very different from those obtained from static analysis method. The maximum tension of hanger produced by breakage of a hanger exceeds 2.2 times of its initial value, the maximum dynamic amplification factor reaches 2.54, which is larger than the value of 2.0 recommended for cable-stayed bridge in PTI codes. If two adjacent hangers on the same side of bridge break one after another, the maximum tension of other hangers exceeds 3.0 times of its initial value. If the safety factor adopted to design hanger is too small, or the hangers have been exposed to corrosion, the bridge may collapse due to breakage of two adjacent hangers.
Structural health monitoring (SHM) systems have been recently embraced in long span cable-supported bridges, in which buffeting-induced stress monitoring is one of the tasks to ensure the safety of the bridge under strong winds. In line with this task, this paper presents a SHM-oriented finite element model (FEM) for the Tsing Ma suspension bridge in Hong Kong so that stresses/strains in important bridge components can be directly computed and compared with measured ones. A numerical procedure for buffeting induced stress analysis of the bridge based on the established FEM is then presented. Significant improvements of the present procedure are that the effects of the spatial distribution of both buffeting forces and self-excited forces on the bridge deck structure are taken into account and the local structural behaviour linked to strain/stress, which is prone to cause local damage, are estimated directly. The field measurement data including wind, acceleration and stress recorded by the wind and structural health monitoring system (WASHMS) installed on the bridge during Typhoon York are analyzed and compared with the numerical results. The results show that the proposed procedure has advantages over the typical equivalent beam finite element models.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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