Bridge fire hazard has become a growing concern over the last decade due to the rapid increase of ground transportation of hazardous materials and resulting fire incidents. The lack of fire safety provisions in steel bridges can be a significant issue owing steel thermal properties that lead to fast degradation of steel properties at elevated temperatures. Alternatively, the development of composite action between steel girders and concrete decks can increase the fire resistance of steel bridges and meet fire safety requirements in some applications. This paper reviews the fire problem in steel bridges and the fire behavior of composite steel-concrete bridge girders. A numerical model is developed to trace the fire response of a typical bridge girder and is validated using measurements from fire tests. The selected bridge girder is composed by a hot rolled steel section strengthened with bearing stiffeners at midspan and supports. A concrete slab sitting on the top of the girder is connected to the slab through shear studs to provide full composite action. The validated numerical model was used to investigate the fire resistance of real scale bridge girders and the effect of the composite action under different scenarios (standard and hydrocarbon fires). Results showed that composite action can significantly increase the fire resistance of steel bridge girders. Besides, fire severity played an important role in the fire behavior of composite girders and both factors should be taken into consideration in the design of steel bridges for fire safety.
Over the past couple decades, externally bonded fiber reinforced polymer (FRP) composites have emerged as a repair and strengthening material for many concrete infrastructure applications. This paper presents an analytical investigation of the use of carbon FRP (CFRP) for a specific problem that occurs in concrete bridge girders wherein the girder ends are damaged by excessive exposure to deicing salts and numerous freezing/thawing cycles. A 3D finite element (FE) model of a full scale prestressed concrete (PC) I-girder is used to investigate the effect of damage to the cover concrete and stirrups in the end region of the girder. Parametric studies are performed using externally bonded CFRP shear laminates to determine the most effective repair schemes for the damaged end region under a short shear span-to-depth ratio. Experimental results on shear pull off tests of CFRP laminates that have undergone accelerated aging are used to calibrate a bond stress-slip model for the interface between the FRP and concrete substrate and approximate the reduced bond stress-slip properties associated with exposure to the environment that causes this type of end region damage. The results of these analyses indicate that this particular application of this material can be effective in recovering the original strength of PC bridge girders with damaged end regions, even after environmental aging.
This paper presents a type of composite box girder with corrugated webs and concrete filled steel tube slab to overcome cracking on the web and reduce self-weight. Utilizing corrugated steel web improves the efficiency of prestressing introduced into the top and bottom slabs due to the accordion effect. In order to understand the loading capacity of such new composite structure, experimental and numerical analyses were conducted. A full-scale model was loaded monotonically to investigate the deflection, strain distribution, loading capacity and stiffness during the whole process. The experimental results show that test specimen has enough loading capacity and ductility. Based on experimental works, a finite element (FE) model was established. The load-displacement curves and stress distribution predicted by FE model agree well with that obtained from experiments, which demonstrates the accuracy of proposed FE model. Moreover, simplified theoretical analysis was conducted depending on the assumptions which were confirmed by the experimental and numerical results. The simplified analysis results are identical with the tested and numerical results, which indicate that simplified analytical model can be used to predict the loading capacity of such composite girder accurately. All the findings of present study may provide reference for the application of such structure in bridge construction.
In this paper, two dimensional and three dimentional modeling techniques are proposed for the failure analysis of deteriorated reinforced concrete T-girder bridge subjected to cyclic loading up to failure. For the nonlinear failure anaysis, a tension stiffening model which can consider degradation of bond between reinforcement and surrounding concrete due to corrision of rebars in old bridge is proposed and a modeling technique for the supports conditions of the bridges which can consider degradation of bearing at supports in old bridge is also proposed, The analysis results along with comparisons with full-scale failure-test results confirm that finite element modeling techniques in this paper can be well applied to the failure analyses of in-situ old reinforced concrete T-girder bridges subjected to cyclic loading and the support condition modeling especially affects the bridge strength significantly.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.6
no.2
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pp.77-84
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2015
The purpose of this study was the analytical safety evaluation on the super-structure of precast modular bridge using standardized modular members and robotic construction during the transportation routing and lifting conditions. In order to evaluate the safety performance of the bridge system, 3-D full scale Finite Element (FE) of 40 m standardized modular block was developed in ABAQUS, followed by the analytical study to classify the structural system according to steel girder structures: 1) modular bridge block lifting method including the steel girder system; 2) modular bridge block lifting method without the steel girder system. The results from the analytical study revealed that the maximum stress of each modular member was within the maximum allowable stresses during lifting condition. However, the stress concentration at the connected area was more critical in comparison to the behavior of 40 m combined modular blocks during lifting time
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.3A
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pp.421-428
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2006
This study was performed by using experiment to minimize behavior difference of Monolithic and segmental Girder and to prove the design concept of the PSI (Precast PSC-Segmental I Grider). A full scale girder test was performed in four different cases, the monolithic girder, the segmental girder type-1, the segmental girder type-2 and the segmental girder type-3. The monolithic girder that was produced in one body 25 m span and the segmental girder that was jointed 5-sliced 5 m segment. The girder was built by as one body prestressing the tendons after manufacturing the segmental girder, and second prestressing after the casting of the slab concrete. The test result shows that the measured values were almost same or slightly bigger than the theoretical values which means that the PSI girder bridges concept came out to be reliable.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.35
no.4
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pp.747-757
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2015
The main purpose of this study is to investigate the static behavior of a horizontally curved prestressed concrete (PSC) girder. A 30m long full-scale curved PSC girder with 80.0m radius is fabricated by a portable curved form system. Deflections and concrete strains at the middle of span were measured. The obtained experimental results have been compared to those from F.E.A. analysis. When a initial crack developed, the applied load was 1.3 times the service design load and the vertical deflection at the middle of span satisfied the requirement for a live load state according to the Korea Bridge Design Specifications (2010). Also, the ductility of the full scale specimen satisfied the limit in the Specifications (2010). To verify the experimental results, a numerical F.E. analysis was carried and confirmed that the data were similar with results from the test above. The horizontally curved PSC girder fabricated on site was found to have enough strength for safety under and after construction.
Resonance of railroad bridge can be broken out when natural frequency of the bridge coincides with exciting frequency of moving forces. In order to avoid aforementioned unpleasant response of the structure, exact determination of dynamic structural properties is important to understand dynamic behavior of the structure under moving train loads. In the present paper, a 25 meters long full scale IPC girder and 15m Precom girder models were fabricated as a test specimen and modal testing was carried out to evaluate modal parameters including natural frequencies and modal damping ratios. In the modal testing, a digitally controlled vibration exciter as well as an impact hammer is applied to obtain frequency response functions more exactly and the modal parameters are evaluated varying with structural status.
Many slab-on-girder bridges around the world are being assessed because they are approaching the end of their anticipated design lives or codes are permitting higher allowable loads. Current analytical techniques assume that the concrete and steel components act independently, typically requiring full-scale load testing to more accurately predict the remaining strength or endurance of the structure. However, many of the load tests carried out on these types of bridges would be unnecessary if the degree of interaction resulting from friction at the steel-concrete interface could be adequately modeled. Experimental testing confirmed that interface friction has a negligible effect on the flexural capacity of a slab-on-girder beam however, it also showed that interface friction is significant under serviceability loading. This has led to the development of an improved analytical technique which is presented in this paper and referred to as the slab-on-girder mixed analysis service load assessment approach.
Kim, Sung Jae;Yi, Na Hyun;Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.5A
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pp.407-415
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2010
In Korea, more than 90% of the total number of steel bridges built for 40~70 m span length is a steel box-girder bridge type. A steel box-girder bridge is suitable for long span or curved bridges with outstanding flexural and torsional rigidity as well as good constructability and safety. However, a steel box-girder bridge is uneconomical, requiring many secondary members and workmanship such as stiffeners and ribs requiring welding attachments to flanges or webs. Therefore, in US and Japan, a plate girder bridge, which is relatively cheap and easy to construct is generally used. One type of the plate girder bridge is the two- or three-main girder plate bridge, which is a composite plate girder bridge that minimizes the number of required main girders by increasing the distance between the adjacent girders. Also, for the simplification of girder section, the stiffener which requires attachment to the web is not required. The two-main steel girder plate bridge is a representative type of plate girder bridges, which is suitable for bridges with 10 m effective width and has been developed in the early 1960s in France. To ensure greater safety of two- or three-main girder plate bridges, a larger steel section is used in the bridge domestically than in Europe or Japan. Also, the total number of two- or three-main girder plate bridge constructed in Korea is significantly less than the steel box girder bridge due to a lack of designers' familiarity with more complex design detailing of the bridge compare to that of a steel box girder bridge design. In this study, a new construction method called Turn Over method is proposed to minimize the steel section size used in a two- or three-main girder plate bridge by applying prestressing force to the member using confining concrete section's weight to reduce construction cost. Also, a full scale 20 m Turn Over girder specimen and a Turn Over girder bridge specimen were tested to evaluate constructability and structural safety of the members constructed using Turn Over process.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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