In this paper, we described the aeroelastic full-bridge model tests that were conducted to investigate the effect of alternative temporary stabilizing measures for thecable-stayed bridge during construction to ensure aerodynamic stability in the event of a typhoon or similar disasters. The effect of alternative temporary stabilizing measures was investigated through various configurations on two cable-stayed bridges with a main span of 475 m and 230 m, respectively. To investigate the bridge's aerodynamic behaviour and dynamic wind force during construction, the deflections at the end of the cantilever, the accelerations atthe top of the pylon and the moments at the lower part of the pylon were measured. As the result, the system with two sets of vertical cables per cantilever seemed to be the overall most effective solution, but the system with single vertical cable may also work. The combined system using the caisson support and vertical cables and the system with two sets of inclined cables per cantilever on the same anchor block may also be a solution. The inclined cables from the caisson to the girder were effective for some early stages of erecting the deck.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.881-885
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2006
Rain-wind induced cable vibration can cause serious problems in cable-stayed bridges. Externally attached dampers have been used to provide an effective means to suppress the vibration of relatively short stay-cables. For very long stay-cables, however, such damper systems are rendered ineffective, as the dampers need to be attached near the end of cables for aesthetic reasons. This paper investigates a new control system to mitigate the cable vibration. The proposed control system which consists of a laminated rubber bearing and an internal damper may be installed inside of the cable anchorage. A simple analytical model of the cable-damper system is developed first based on the taut string representation of the cable. The response of a cable with the proposed control system is obtained and then compared to those of the cable with and without an external passive damper. The proposed stay-cable vibration control system is shown to perform better than the optimal passive viscous damper, thereby demonstrating its applicability in large cable-stayed bridges for mitigation of rain-wind induced vibration of stay-cables.
This paper investigates the change of structural characteristics of steel cable-stayed bridges after cable failure. Cables, considered as the intermediate supports of cable-stayed bridges, can break or fail for several reasons, such as fire, direct vehicle clash accident, extreme weather conditions, and fatigue of cable or anchorage. Also, the replacement of cables can cause temporary disconnection. Because of the structural characteristics with various geometric nonlinearities of cable-stayed bridges, cable failure may cause significant change to the structural state and ultimate behavior. Until now, the characteristics of structural behavior after cable failure have rarely been studied. In this study, rational cable failure analysis is suggested to trace the new equilibrium with structural configuration after the cable failure. Also, the sequence of ultimate analysis for the structure that suffers cable failure is suggested, to study the change of ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions. Using these analysis methods, the statical behavior after individual cable failure is studied based on the change of structural configuration, and distribution of internal forces. Also, the change of the ultimate behavior and load carrying capacity under specific live load conditions is investigated, using the proposed analysis method. According to the study, significant change of the statical behavior and ultimate capacity occurs although just one cable fails.
Kim, Seung-Jun;Han, Seung-Ryong;Kim, Jong-Min;Cho, Sun-Kyu;Kang, Young-Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.23
no.1
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pp.13-27
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2011
This paper presents an investigation of the structural stability of cable-stayed bridges, using geometric nonlinear finite-element analysis and considering various geometric nonlinearities, such as the sag effect of the cables, the beam-column effect of the girder and mast, and the large displacement effect. In this analytic research, a nonlinear frame element and a nonlinear equivalent truss element were used to model the girder, mast, and cable member. The live-load cases that were considered in this research were assumed based on the traffic loads. To perform reasonable analytic research, initial shape analyses in the dead-load case were performed before live-load analysis. In this study, the geometric nonlinear responses of the cable-stayed bridges with different cable arrangement types were compared. After that, parametric studies on the characteristics of the structural stability in critical live-load cases were performed considering various geometric parameters, such as the cable arrangement type, the stiffness ratios of the girder and mast, the area of the cables, and the number of cables. Through this parametric study, the effect of geometric shapes on the structural stability of cable-stayed bridges was investigated.
The combination of spatial latticed structures (hereafter SLS) and flexible cables, the cable-stayed spatial latticed structures (hereafter CSLS) can cross longer span. According to variation principle, a novel geometric nonlinear formulation for 3-D bar elements considering large displacement and infinitesimal rotation increments with second-order precision is developed. The cable nonlinearity is investigated and it is taken that the secant modulus method can be considered as an exact method for a cable member. The tower column with which the cables link is regarded as a special kind of beam element, and, a new simplified stiffness formulation is presented. The computational strategies for the nonlinear dynamic response of structures are given, and the ultimate load carrying capacities and seismic responses are analyzed numerically. It is noted that, compared with corresponding spatial latticed shells, the cable-stayed spatial latticed shells have more strength and more stiffness, and that the verical seismic responses of both CSLS and CLS are remarkably greater than the horizontal ones. In addition, the computation shows that the stiffness of tower column influences the performance of CSLS to a certain extent and the improvement of structural strength and stiffness of CSLS is relevant not only to cables but also to tower columns.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.19
no.7
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pp.105-111
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2018
This study aims to evaluate the safety for cable stayed bridge due to damages on the cable system. Many cable supported bridges, including cable stayed bridge and suspension bridge, have been built in the Korean peninsula. This requires efficient maintenance and management since this structure has complex structural components and system. This large structure also often faces risks either from manmade or natural phenomenon. In 2015 one cable-stayed bridge in South Korea had been struck by a bolt of lightning on the cables. This event had led to fire on cables. These cables had been damaged and putting the bridge at risk. This bridge was back in used after a few weeks of investigations and replacements of the cables. However, enormous social and economic expense were paid for recovery. After this event risk based management for infra structures is required by public demands. Therefore, this study was initiated and aimed to evaluate risks on the cable system due to potential damages. In this paper one cable-stayed bridge in South Korea was selected and investigated its safety based on the damage scenarios of cable system for efficient and prompt management, and for supporting decision making. FEM analysis was conducted to evaluate the safety of the bridges due to damages on the cable system.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.18
no.5
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pp.87-95
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2014
Cable stayed bridge is supported by cables and the negative reaction occurs by cables at anchor pier. To solve this problem, the proper side span ratio and the negative reaction measure of anchor pier are needed. And structural system of cable stayed bridge is determined by solution of the negative reaction as installation of the intermediate pier, counterweight and so on. In feasibility study, Vam Cong bridge was planned as 5 span cable stayed bridge. However, it was changed to 3 span cable stayed bridge in detailed design because of constructability and economy. The intermediate pier was excluded in order to improve the constructability, and side span ratio increased to control the negative reaction. As a result, Vam Cong bridge secure constructability, structural safety, and efficiency.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2003.10a
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pp.187-194
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2003
This paper presents an energy method for the analysis of the in-plane ultimate load capacity of cable-stayed bridges considering deck and pylon connection. The potential energy of the whole bridge, including bridge deck, stayed cables, and pylons, and the work done by external loads are considered in the development of the bridge energy equation. Both geometric and material nonlinearities are taken into account in the analysis. The method is simple to use and has a high convergence rate.
In cable structure maintenance, particularly for cable-stayed bridges, cable safety assessment relies on estimating cable tension. Conventionally, in Japan, cable tension is estimated from the natural frequencies of the cable using the higher-order vibration method. In recent years, dampers have been installed on cables to reduce cable vibrations. Because the higher-order vibration method is a method for damper-free cables, the damper must be removed to measure the natural frequencies of a cable without a damper. However, cables on some cable-stayed bridges have two dampers: one on the girder side and another on the tower side. Notably, removing and reinstalling the damper on the tower side are considerably more time- and labor-intensive. This paper introduces a tension estimation method for cables with two dampers, using natural frequencies. The proposed method was validated through numerical simulation and experiment. In the numerical tests, without measurement error in the natural frequencies, the maximum estimation error among 100 models was 3.3%. With measurement error of 2%, the average estimation error was within 5%, with a maximum error of 9%. The proposed method has high accuracy because the higher-order vibration method for a damper-free cable still has an estimation error of 5%. The experimental verification emphasizes the importance of accurate damper modeling, highlighting potential discrepancies between existing damper design formula and actual damper behavior. By revising the damper formula, the proposed method achieved accurate cable tension estimation, with a maximum estimation error of approximately 10%.
The cables in a cable-stayed bridge are critical load-carrying parts. The potential damage to cables should be identified early to prevent disasters. In this study, an efficient deep learning model is proposed for the damage identification of cables using both a multi-layer perceptron (MLP) and a graph neural network (GNN). Datasets are first generated using the practical advanced analysis program (PAAP), which is a robust program for modeling and analyzing bridge structures with low computational costs. The model based on the MLP and GNN can capture complex nonlinear correlations between the vibration characteristics in the input data and the cable system damage in the output data. Multiple hidden layers with an activation function are used in the MLP to expand the original input vector of the limited measurement data to obtain a complete output data vector that preserves sufficient information for constructing the graph in the GNN. Using the gated recurrent unit and set2set model, the GNN maps the formed graph feature to the output cable damage through several updating times and provides the damage results to both the classification and regression outputs. The model is fine-tuned with the original input data using Adam optimization for the final objective function. A case study of an actual cable-stayed bridge was considered to evaluate the model performance. The results demonstrate that the proposed model provides high accuracy (over 90%) in classification and satisfactory correlation coefficients (over 0.98) in regression and is a robust approach to obtain effective identification results with a limited quantity of input data.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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