Lee, Kee Sei;Kim, Seung Jun;Choi, Jun Ho;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.24
no.6
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pp.683-692
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2012
The girders of cable stayed bridge are subjected to not only the bending moments but also additional compressive axial forces due to the horizontal components of cable forces. Because of these axial forces, the stiffness of girder can be decreased, and this problem should be considered especially for under-construction model rather than the full model. Korean domestic design specification suggests the linear elastic eigen value analysis for the stability problem of cable stayed bridges. However, this method cannot be applied to the under construction model because various geometric nonlinear characteristics cannot be considered. Therefore, in this study, 3 models which are assumed to be constructed by balanced cantilever will be considered experimentally and analytically to analyze the behavior of steel cable stayed bridges.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.1
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pp.127-135
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2018
With the nation showing increasing concern for earthquakes, there have been several methods for the analysis of earthquakes and evaluation of damage. Nevertheless, there is no clear standard to assess the seismic damage to structures quantitatively. Accordingly, this study conducted seismic analysis of several forms of seismic waves and actual seismic load, targeting the cable stayed bridge, which is supported by a cable and proposes a method for evaluating the damage based on the results. The damage index was calculated based on the tilting of the pylon of the cable-stayed bridge and the characteristics of physical seismic damage was suggested with 4 levels, such as A, B, C, and D. In addition, it is not proper to simply judge that the seismic damage index is obtained as large or small at all times depending on the seismic analysis method. Although this study focused on the proposal seismic damage index and an evaluation of the damage targeting the cable stayed bridge, the result was applied to a structure with a similar maximum displacement response.
This paper presents an investigation into the seismic response characteristics of a proposed ligh-weight pedestrian cable-stayed bridge made entirely from Glass Fiber Reinforced Plastics(GFRP). The study employs three dimensional finite element models to study and compare the dynamic characteristics and the seismic response of the GFRP bridge to a conventional Steel-Concrete (SC) cable-stayed bridge alternative. The two bridges were subjected to three synthetic earthquakes that differ in the frequency content characteristics. The performance of the GFRP bridge was compared to that of the SC bridge by normalizing the live load and the seismic internal forces with respect to the dead load internal forces. The normalized seismically induced internal forces were compared to the normalized live load internal forces for each design alternative. The study shows that the design alternatives have different dynamic characteristics. The light GFRP alternative has more flexible deck motion in the lateral direction than the heavier SC alternative. While the SC alternative has more vertical deck modes than the GFRP alternative, it has less lateral deck modes than the GFRP alternative in the studied frequency range. The GFRP towers are more flexible in the lateral direction than the SC towers. The GFRP bridge tower attracted less normalized base shear force than the SC bridge towers. However, earthquakes, with peak acceleration of only 0.1 g, and with a variety of frequency content could induce high enough seismic internal forces at the tower bases of the GFRP cable-stayed bridge to govern the structural design of such bridge. Careful seismic analysis, design, and detailing of the tower connections are required to achieve satisfactory seismic performance of GFRP long span bridges.
This paper presents an investigation on the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges in the construction stage, considering various geometric nonlinearities and material nonlinearities. To numerically determine the state of cable-stayed bridges in the construction stage, initial shape analysis and construction stage analysis via backward process analysis were done sequentially. Then nonlinear analysis of the state under the construction load condition, considering the weight of the derrick crane and the key segment of the girder loaded onto the tip of the center span, was performed to investigate the ultimate behavior of the structure. The effects of the girder-mast stiffness ratio, the cable-arrangement types, and the area of the stay cables on the ultimate behavior were also extensively investigated. Moreover, the results of the ultimate analysis, considering both geometric nonlinearities and material nonlinearities, were compared with the results of the geometric nonlinear analysis, for a more meaningful investigation of the ultimate behavior of steel cable-stayed bridges in the construction stage.
Kim Sung-Eock;Choi Dong-Ho;Ma Sang-Soo;Song Weon-Keun
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.18
no.3
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pp.277-289
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2005
The study examines the limit strength for steel cable-stayed bridges. A case studies have been performed in order to evaluate the limit strength lot steel cable-stayed bridges using nonlinear inelastic analysis approach and bifurcation point instability analysis approach, effective tangent modulus $(E_f)$ method. To realize it, a practical nonlinear inelastic analysis condoling the initial shape is developed. In the initial shape analysis, updated structural configuration is introduced instead of initial member forces for beam-column members at every iterative step. Geometric and material nonlinearities of beam-column members are accounted by using stability function, and by using CRC tangent modulus and parabolic function, respectively Besides, geometric nonlinearity of cable members is accounted by using secant value of equivalent modulus of elasticity. The load-displacement relationships obtained by the proposed method are compared well with those given by other approaches. The limit strengths evaluated by the proposed nonlinear inelastic analysis for the proposed cable-stayed bridges with tee dimensional configuration compared with those by the inelastic bifurcation point instability analyses.
Variation of temperature is a primary environmental factor that affects the behavior of structures. Therefore, understanding the mechanisms of normal temperature-induced variations of structural behavior would help in distinguishing them from anomalies. In this study, we used the structural health monitoring data of the Shanghai Yangtze River Bridge, a steel girder cable-stayed bridge, to investigate the mechanisms of thermally induced vertical deflection ($D_T$) at mid-span of such bridges. The $D_T$ results from a multisource combination of thermal expansion effects of the cable temperature ($T_{Cab}$), girder temperature ($T_{Gir}$), girder differential temperature ($T_{Dif}$), and tower temperature ($T_{Tow}$). It could be approximated by multiple linear superpositions under operational conditions. The sensitivities of $D_T$ of the Shanghai Yangtze River Bridge to the above temperatures were in the following order: $T_{Cab}$ > $T_{Gir}$ > $T_{Tow}$ > $T_{Dif}$. However, the direction of the effect of $T_{Cab}$ was observed to be opposite to that of the other three temperatures, and the magnitudes of the effects of $T_{Cab}$ and $T_{Gir}$ were found to be almost one order greater than those of $T_{Dif}$ and $T_{Tow}$. The mechanisms of the thermally induced vertical deflection variation at mid-span of a cable-stayed bridge as well as the analytical methodology adopted in this study could be applicable for other long-span cable-stayed bridges.
The performance of passive control system for the seismic protection of a multi-tower cable-stayed bridge with the application of partially longitudinal constraint system is investigated. The seismic responses of the Jiashao Bridge, a six-tower cable-stayed bridge using the partially longitudinal constraint system are studied under real earthquake ground motions. The effects of the passive control devices including the viscous fluid dampers and elastic cables on the seismic responses of the bridge are examined by taking different values of parameters of the devices. Further, the optimization design principle of passive control system using viscous fluid dampers is presented to determine the optimized parameters of the viscous fluid dampers. The results of the investigations show that the control objective of the multi-tower cable-stayed bridge with the partially longitudinal constraint system is to reduce the base shears and moments of bridge towers longitudinally restricted with the bridge deck. The viscous fluid dampers are found to be more effective than elastic cables in controlling the seismic responses. The optimized parameters for the viscous fluid dampers are determined following the principle that the peak displacement at the end of bridge deck reaches to the maximum value, which can yield maximum reductions in the base shears and moments of bridge towers longitudinally restricted with the bridge deck, with slight increases in the base shears and moments of bridge towers longitudinally unrestricted with the bridge deck.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.12
no.3
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pp.175-182
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2008
In this paper, through the study and consideration of the recently prominent monitoring of cable stayed-bridge, practical but reasonable suggested for the evaluation of the probabilistic safety of the bridges using probable measured data from monitoring measurement system. It is shown in the paper that the live load effects can be evaluated using measured data of cable-stayed bridge and this the realistic probabilistic safety of the cable-stayed bridge could be assessed in term of element reliability and system reliability. As a practical method for the evalution of the system reliability of system cable-stayed bridges partial ETA method is uesd, which can find the critical failure path including combined failure modes of cable, deck and pylon. Compared with the conventional safety analysis method, the propsed approach may be considered as the practical method that shows the considerably actual and reasonable results the system redundancy of the structure.
Cable-stayed bridges are bridges with long spans for special purposes. Due to the long span, the dynamic response of the vehicle to the moving load is very special. The behavior also has nonlinear, which makes it difficult to design. In this study, the responses of cable - stayed bridges are considered considering various vehicle loads and the behavior of long - span bridges under moving loads is investigated. Especially, when the loads for one direction and for both directions move with speed, the behavior of the bridges is found to be due to the flexibility of the cable. It can be seen that the analysis including the dynamic behavior of the cable and the top plate is more effective because the influence of the vehicle load tends to amplify the vertical deformation together with the vibration of the cable.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.69-76
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2000
In this study, an improved analysis model for the more efficient and accurate structural analysis of cable-stayed bridges is presented. In this model, beam elements, of which stability functions are stabilized by the use of Taylor's series expansions, are used to model space frame structures, and truss elements, of which equivalent elastic moduli are evaluated on the assumption that the deflected shape of a cable has a catenary function, are used to model cables. By using the proposed analysis model, nonlinear static analysis and natural vibration analysis of 2-dimensional and 3-dimensional cable-stayed bridges are carried out and are compared with the analysis results reported by other researchers.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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