Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.439-442
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2005
Steel encased composite columns are widely used due to their excellent structural performance in terms of stiffness, strength, and ductility. However, these columns were usually utilized for building structures and had higher steel ratio for small sections. For bridge pier applications, it is necessary to design the SRC columns having low steel ratio, which is nearly the same steel ratio as the normal RC columns. In this study, the evaluation of the composite columns with a core steel in term of the stiffness and the strength was investigated using experimental results. The effects of the steel ratio was also estimated using design provisions. The calculation of steel encased composite columns with multiple steel sections were performed and compared with RC columns.
Although a lot of experimental and analytical investigations have been carried out for steel bridge piers made of SS400 and SM490, the formulas available for SS400 and SM490 are not suitable for evaluating ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of high strength steel (HSS) SM570. The effect of various parameters is investigated in this paper, including plate width-to-thickness ratio, column slenderness ratio and axial compression force ratio, on the ultimate load and deformation capacities of steel bridge box piers made of SM570 steel subjected to cyclic loading. The elasto-plastic behavior of the steel bridge piers under cyclic loads is simulated through plastic large deformation finite element analysis, in which a modified two-surface model (M2SM) including cyclic hardening is employed to trace the material nonlinearity. An extensive parametric study is conducted to study the influences of structural parameters on the ultimate load and deformation capacities. Based on these analytical investigations, new formulas for predicting ultimate load and deformation capacities of steel bridge piers made of SM570 are proposed. This study extends the ultimate load and deformation capacities evaluation of steel bridge piers from SS400, SM490 steels to SM570 steel, and provides some useful suggestions.
The Ting Kau Bridge in Hong Kong is a cable-stayed bridge comprising two main spans and two side spans. The bridge deck is supported by three towers, an end pier and an abutment. Each of the three towers consists of a single reinforced concrete mast which reduces its section in steps, and it is strengthened by transverse cables and struts in the transverse vertical plane. The bridge deck is supported by four inclined planes of cables emanating from anchorages at the tower tops. In view of the threat from typhoons, the dynamic behaviour of long-span cable-supported bridges in the region is always an important consideration in their design. This paper is devoted to the ambient vibration measurements of the bridge for evaluation of dynamic characteristics including the natural frequencies and mode shapes. It also describes the modelling of the bridge. A few finite element models are developed and calibrated to match with the field data and the results of subsequent structural health monitoring of the bridge.
A great number of moment-resisting steel structures collapsed due to ductile crack initiation at welded beam-column connections, followed by explosive brittle fracture in the Kobe (Hyogoken-Nanbu) earthquake in 1995. A series of experimental and numerical studies on cracking behaviors of beam-column connections in steel bridge piers were carried out by the authors' team. This paper aims to study the effect of post weld treatment on cracking behaviors of the connections during a strong earthquake event. Experiments of three specimens with different weld finishes, i.e., as-welded, R-finish, and burr grinding, were conducted. The experimental results indicate that the instants of ductile crack initiation are greatly delayed for the specimens with R-finish and burr grinding finishes compared with the as-welded one. The strain concentration effect in the connection is also greatly reduced in the specimens with post weld treatment compared with the as-welded one, which was also verified in the tests.
부식 열화는 교량 기술자들에게 있어서 지속적인 도전을 요구하는 문제가 되어왔는데, 스텔스 항공기를 개발하게 한 새로운 재료 기술은 교량의 부식을 해결할 수 있게 하였다. 즉, 경량의 고강도 재료로 높은 피로 저항성을 갖고 있고, 부식에 강한 복합체는 교량의 재료로서 아주 바람직한 성질을 갖고 있다 섬유 보강 폴리머(FRP) 복합재료를 교량의 건설에 이용하려는 프로젝트는 1998년 현재 80 여 개가 넘게 진행되고 있는데, 이 중 미국 내에서 31개의 프로젝트가 수행되고 있다. 이 글은 미국 내에서 FRP복합체를 교량 공학 분야에 적용하려는 초기의 성공적인 시도들에 관한 내용으로 복합체의 장점, 특성, 교량 적용시 고려 사항, 그리고 향후 복합재료에 관한 기술을 토목 구조물에 적용하는데 필요한 소요 기술 등에 관하여 정리한 것이다. 이 새로운 재료는 신설 구조물의 건설과 기존 교량의 보수 및 보강에 모두 적용할 수 있으며, FRP복합체 기술을 토목 구조물과 기반 시설물 건설 분야에 적용하는 것은 지금까지 성공적인 결과를 보여 주고 있다 미국연방도로국(FHWA, Federal Highway Administration)은 이 기술을 미국 내 교통 기반 시설물인 신규 교량의 건설은 물론 기즌 교량의 보수 및 보강에 활용하는 방안에 대하여 관심을 갖고 있다.
The inelastic design of the three-span continuous composite plate girder with consideration of moment redistribution over the interior pier is performed using the LRFD method. The design of the girder section, based on the inelastic method, is compared with that by the conventional elastic design. The length of the center span for the three-span continuous bridge ranges from 40m to 70m and the relative ratio of the span length is assumed to be 4:5:4. Although the AASHTO- LRFD specifications are applied in the design of the composite girder, the recently proposed new design live load is used. After determining the maximum positive and negative sections by the elastic design for various limit states, the amount of moment redistributed to the maximum positive moment section is calculated. With the increased design moment due to moment redistribution from the interior pier, the maximum positive section designed by the elastic method is checked for the strength limit state and the service limit state. The maximum negative moment section is redesigned by reducing the size of the steel girder relative to the section designed by the elastic method and the new section is checked for the service limit state. Based on the design results for the five bridges considered in this study, it is estimated that about 23% of steel can be saved in the interior pier section if it is designed by the inelastic method compared with that designed by the elastic method.
Fujie, Wataru;Taguchi, Miki;Kang, Lan;Ge, Hanbin;Xu, Bin
Steel and Composite Structures
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v.36
no.4
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pp.463-480
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2020
Although detailed shell analysis is suitable to predict the ductile crack initiation life of steel members, such detailed method adds time expense and complexity. In order to simply predict the ductile crack initiation life of stiffened steel bridge piers, a total of 33 cases are simulated to carry out the parametric analyses. In the analysis, the effects of the width-to-thickness ratio, slenderness ratio, plate thickness and so on are considered. Both shell analyses and beam analyses about these 33 cases are conducted. The plastic strain and damage index obtained from shell and beam analyses are compared. The modified factor βs is determined based on the predicted results obtained from both shell and beam analyses in order to simulate the strain concentration at the base corner of the steel bridge piers. Finally, three experimental results are employed to verify the validity of the proposed method in this study.
This paper aims to investigate the strength degradation of reinforced concrete piers wrapped with steel plates which corrode at the pier base by employing a three dimensional elasto-plastic finite element formulation. The prediction accuracy of the employed finite element analysis method is firstly verified by comparing the analytical results with test results. Then, a series of parametric studies is carried out to investigate the effects of steel plate's corrosion position along width direction, corrosion depth along plate thickness, corrosion range along width direction, and steel plate-concrete bonding degradation on the strength of the piers. It is observed that the strength degradation of the piers is closely related to steel plate's corrosion position, corrosion depth and corrosion range in the case of local corrosion on the webs. In contrast, when the base of flanges corrodes, the strength degradation of the piers is only related to steel plate's corrosion depth and corrosion range, and the influence of corrosion position on the strength degradation is very gentle. Furthermore, the strength of the piers decreases with the degradation of steel plate-concrete bonding behavior. Finally, the maximum strength of the piers obtained from numerical analysis corresponding to different bonding behavior is compared with theoretical results within an accepted error.
Two-dimensional elastoplastic finite element formulation is employed to investigate the load- carrying capacity degradation of reinforced concrete piers wrapped with steel plates due to occurrence of corrosion at the pier base. By comparing with experimental results, the employed finite element analysis method is verified to be accurate. After that, a series of parametric studies are conducted to investigate the effect of corrosion ratio and corrosion mode of steel plates located near the base of in-service pier P2 on load-carrying capacity of the piers. It is observed that the load-carrying capacity of the piers decreases with the increase in corrosion ratio of steel plates. There exists an obvious linear relationship between the load-carrying capacity and the corrosion ratio in the case of even corrosion mode. The degradation of load-carrying capacity resulted from the web's uneven corrosion mode is more serious than that under even corrosion mode, and the former case is more liable to occur than the latter case in actual engineering application. Finally, the failure modes of the piers under different corrosion state are discussed. It is found that the principal tensile strain of concrete and yield range of steel plates are distributed within a wide range in the case of slight corrosion, and they are concentrated on the column base when complete corrosion occurs. The findings obtained from the present study can provide a useful reference for the maintenance and strengthening of the in-service piers.
Goda formula (Goda, 1973) has been used in the determination of wave pressures acting on a large size caisson such as the pier of the cable stayed bridge at sea. Goda formula, however, is to evaluate the wave pressures acting the infinite vertical caisson of composite breakwater so that it can`t be applied to a large caisson with finite width and length because of diffraction effects. In the present study, three dimensional nonlinear frequence domain method based on perturbation method and boundary integral method is applied to the computation of the linear and nonlinear wave pressures acting on the front of a large size caisson under the variation of its width and length, and angle of incident wave. The numerical results are compared to Goda\`s ones, and then the characteristics of wave pressure distributions acting on a large size caisson are discussed.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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