Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.16
no.12
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pp.8812-8819
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2015
In a situation in which importance of rail fastening system is growing with increasing the construction of concrete track, an accident of tension clamp(the component of rail fastening system) breaking has been recently occurred. This results from various factors such as field condition, operating agency, running condition, traffic frequency and so on. Thus, the study for the behavior of tension clamp is required. In this paper, an experiment and finite element analysis(FEA) have been performed to analyse the mechanical behavior of tension clamp. The stress and displacement of tension clamp have been analyzed as the clamping force through a laboratory test, and they were compared with FEA results. Furthermore, the stress and displacement of the tension clamp are derived from train load condition applying the verified model, and the fatigue vulnerability of the tension clamp is identified through stress analysis.
The structural strain plays a significant role in structural condition assessment of in-service bridges in terms of structural bearing capacity, structural reliability level and entire safety redundancy. Therefore, it has been one of the most important parameters concerned by researchers and engineers engaged in structural health monitoring (SHM) practices. In this paper, an SHM system instrumented on the Jiubao Bridge located in Hangzhou, China is firstly introduced. This system involves nine subsystems and has been continuously operated for five years since 2012. As part of the SHM system, a total of 166 fiber Bragg grating (FBG) strain sensors are installed on the bridge to measure the dynamic strain responses of key structural components. Based on the strain monitoring data acquired in recent two years, the strain-based structural condition assessment of the Jiubao Bridge is carried out. The wavelet multi-resolution algorithm is applied to separate the temperature effect from the raw strain data. The obtained strain data under the normal traffic and wind condition and under the typhoon condition are examined for structural safety evaluation. The structural condition rating of the bridge in accordance with the AASHTO specification for condition evaluation and load and resistance factor rating of highway bridges is performed by use of the processed strain data in combination with finite element analysis. The analysis framework presented in this study can be used as a reference for facilitating the assessment, inspection and maintenance activities of in-service bridges instrumented with long-term SHM system.
As infrastructure ages and traffic load increases, serious public concerns have arisen for the well-being of bridges. The current health monitoring practice focuses on large-scale bridges rather than short span bridges. However, it is critical that more attention should be given to these behind-the-scene bridges. The relevant information about the construction methods and as-built properties are most likely missing. Additionally, since the condition of a bridge has unavoidably changed during service, due to weathering and deterioration, the material properties and boundary conditions would also have changed since its construction. Therefore, it is not appropriate to continue using the design values of the bridge parameters when undertaking any analysis to evaluate bridge performance. It is imperative to update the model, using finite element (FE) analysis to reflect the current structural condition. In this study, a FE model is established to simulate a concrete culvert bridge in New South Wales, Australia. That model, however, contains a number of parameter uncertainties that would compromise the accuracy of analytical results. The model is therefore updated with a neural network (NN) optimisation algorithm incorporating Monte Carlo (MC) simulation to minimise the uncertainties in parameters. The modal frequency and strain responses produced by the updated FE model are compared with the frequency and strain values on-site measured by sensors. The outcome indicates that the NN model updating incorporating MC simulation is a feasible and robust optimisation method for updating numerical models so as to minimise the difference between numerical models and their real-world counterparts.
Joints are provided in cement concrete pavements to control transverse and longitudinal cracking that occur due to restrained deformations caused by moisture and temperature variations in the slab. But the constuction of joints reduces the load-carrying capacity of the pavement at the joints, and pavements have been deteriorated by cracks at the slab edges along the joints due to traffic loads. Therefore, it is important to analyze the
behavior of joints accurately in the design of cement concrete pavements.
In this study, the mechanical behavior of cement concrete pavement slabs is analyzed by the plate-finite element model, and Winkler foundation model is adopted to analyze the subgrades. The load transfer mechan¬ism of joints are composed of dowel action, aggregate interlocking, and tied-key action, and the analytical pro¬gram is developed using these joint models.
Using this numerical model as an analysis tool, the effects of joint parameters on the behavior of pavements are investigated.
In this study, finite element numerical analysis was performed considering various influence factors(cavity shape and size, pavement thickness and size of traffic load) in order to analyze the impact factors in the underground of the road where the cavity occurred and to evaluate the stability of the ground. In order to verify the reliability of the numerical analysis method applied in this study and the results it was compared and analyzed with the results of previous studies and field measurements. The correlation between the influence factors was analyzed through the distribution of vertical displacement obtained from the numerical analysis results, the distribution of surface settlement and surface settlement, the distribution of the stress ratio, and the distribution of the safety factor. As a result, it was confirmed that as the size of the cavity and traffic load increased and the thickness of the pavement decreased, the vertical displacement and surface settlement at the top of the cavity increased. Also, the shape of the cavity was square, the stability of the ground was significantly reduced compared to the case of a circular cavity. Through these results, it was possible to confirm the overall stability of the lower ground of the road where the cavity was generated.
Railroad bridges form an integral part of railway infrastructure throughout the world. To accommodate increased axel loads, train speeds, and greater volumes of freight traffic, in the presence of changing structural conditions, the load carrying capacity and serviceability of existing bridges must be assessed. One way is through system identification of in-service railroad bridges. To dates, numerous researchers have reported system identification studies with a large portion of their applications being highway bridges. Moreover, most of those models are calibrated at global level, while only a few studies applications have used globally and locally calibrated model. To reach the global and local calibration, both ambient vibration tests and controlled tests need to be performed. Thus, an approach for system identification of a railroad bridge that can be used to assess the bridge in global and local sense is needed. This study presents system identification of a railroad bridge using free vibration data. Wireless smart sensors are employed and provided a portable way to collect data that is then used to determine bridge frequencies and mode shapes. Subsequently, a calibrated finite element model of the bridge provides global and local information of the bridge. The ability of the model to simulate local responses is validated by comparing predicted and measured strain in one of the diagonal members of the truss. This research demonstrates the potential of using measured field data to perform model calibration in a simple and practical manner that will lead to better understanding the state of railroad bridges.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.21
no.4
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pp.325-334
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2008
The standard prestressed concrete I-girder bridge (PSC I-girder bridge) is one of the most prevalent types for small and medium bridges in Korea. When determining the member forces in a section to assess the safety of girder in this type of bridge, the general practice is to use the simplified practical equations or the live load distribution factors proposed in design standards rather than the precise analysis through the finite element method or so. Meanwhile, the live load distribution factors currently used in Korean design practice are just a reflection of overseas research results or design standards without alterations. Therefore, it is necessary to develop an equation of the live load distribution factors fit for the design conditions of Korea, considering the standardized section of standard PSC I-girder bridges and the design strength of concrete. In this study, to develop an equation of the live load distribution factors, a parametric analysis and sensitivity analysis were carried out on the parameters such as width of bridge, span length, girder spacing, width of traffic lane, etc. As a result, the major variables to determine the size of distribution factors were girder spacing, overhang length and span length in case of external girders. For internal adjacent girders, the determinant factors were girder spacing, overhang length, span length and width of bridge. For internal girders, the factors were girder spacing, width of bridge and span length. Then, an equation of live load distribution factors was developed through the multiple linear regression analysis on the results of parametric analysis. When the actual practice engineers design a bridge with the equation of live load distribution factors developed here, they will determine the design of member forces ensuring the appropriate safety rate more easily. Moreover, in the preliminary design, this model is expected to save much time for the repetitive design to improve the structural efficiency of PSC I-girder bridges.
The porous pavement system is widely considered very effective in urban street because of its various benefits on safety and environment, but the pavement thickness design system has not been established yet. In porous pavement system. rainwater penetrates to the subgrade through porous pavements layers. Porous pavements are expected to reduce or alleviate the problems caused by impermeable pavement layer such as flood damage due to heavy rain in the city, drainage load, disorder in ecosystem, and heat island. However, its structural design methods in traffic roads has not been made mainly because of not being able to consider adequately the effect of rainwater on subgrade strength. In this study, structural design method of porous pavements is suggested after considering the subgrade weakness due to rainwater and numerical mechanical analysis. It is noted that elastic modulus of subgrade is reduced by 20% as subgrade moisture content is increased by 2% at optimum moisture content in the literature review. As a result of both finite element analysis and strength loss of subgrade by the existing design method, it is necessary to increase subbase thickness about 30cm in porous pavements compared with the existing traffic road pavement system. It is similar to premium thickness of structural design of porous pavements in Japan.
Kim, Sung-Wan;Yun, Da-Woon;Park, Si-Hyun;Kong, Min-Joon;Park, Jae-Bong
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.24
no.3
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pp.112-121
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2020
In suspension bridges, hanger cables are the main load-supporting members. The tension of the hanger cables of a suspension bridge is a very important parameter for assessing the integrity and safety of the bridge. In general, indirect methods are used to measure the tension of the hanger cables of a suspension bridge in traffic use. A representative indirect method is the vibration method, which extracts modal frequencies from the cables' responses and then measures the cable tension using the cables' geometric conditions and the modal frequencies. In this study, the image processing technique is applied to facilitate the estimation of the dynamic responses of the cables using the image signal, for which a portable digital camcorder was used due to its convenience and cost-efficiency. Ambient vibration tests were conducted on a suspension bridge in traffic use to verify the validity of the back analysis method, which can estimate the tension of remote hanger cables using the modal frequencies as a parameter. In addition, the tension estimated through back analysis method, which was conducted to minimize the difference between the modal frequencies calculated using finite element analysis of the hanger cables and the measured modal frequencies, was compared with that measured using the vibration method.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.11
no.3
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pp.97-103
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2011
In this research, a small-scaled laboratory test and FEM analysis have been carried out to evaluate the feasibility of field construction with couple of recycled materials, such as in-situ soil, water-treatment sludge, and crumb rubbers. A static loading, which simulates the real traffic load, was adopted in lab test. The test was carried out, according to simulated field construction stages, such as excavation, bedding materials and pipe installation, placing and curing of controlled low strength materials, and simulated traffic loading. Couple of measuring instruments were adopted. The maximum vertical and horizontal deformations were 0.83% and 1.09%, during placing the CLSM. The measured vertical and horizontal deformations with curing time were 0.603mm and 0.676mm, respectively. The reduction effect of vertical and lateral earth pressure was relatively big. Also, FEM analysis was carried out to get the deformation, earth pressure and strain of PVC with different Controlled Low Strength Materials(CLSM) materials.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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