This paper deals with the applicability of long-gauge deformation fiber optic sensors (FOS) to prestressed concrete structures. A main motivation is the desire to monitor the deflection of the railway bridges without intervenes of the signal intensity fluctuations. A 25 m long, 1.8 m deep PSC girder was fabricated compositely with 22 cm thick reinforced concrete deck. Two pairs of 3 m long-gauge sensors are attached to the prestressed concrete girder with parallel topology. Using the relationship between curvature and vortical deflection and the quadratic regression of curvatures at the discrete point, it is possible to extrapolate the deflection curve of the girder. The estimated deflection based on the developed method is compared with the results using conventional strain gauges and LVDTS. It has been demonstrated that the proposed instrumentation technique is capable of estimating the vertical deflection and neutral axis position of the prestressed concrete girder up to weak nonlinear region.
Prestressed concrete I-girders are subject to different load types at their construction stages. At the time of strand release, i.e., detensioning, prestressed concrete girders are under the effect of dead and prestressing loads. At this stage, the camber, total net upward deflection, of prestressed girder is summation of the upward deflection due to the prestressing force and the downward deflection due to dead loads. For the calculation of the upward deflection, it is generally considered that prestressed concrete I-girder behaves linear-elastic. However, the field measurements on total net upward deflection of prestressed I-girder after detensioning show contradictory results. In this paper, camber calculations with the linear-elastic beam and elastic-stability theories are presented. One of a typical precast I-girder with 120 cm height and 31.5 m effective span length is selected as a case study. 3D finite element model (FEM) of the girder is developed by SAP2000 software, and the deflections of girder are obtained from linear and nonlinear-static analyses. Only geometric nonlinearity is taken into account. The material test and field measurement of this study are performed at prestressing girder plant. The results of the linear-elastic beam and elastic-stability theories are compared with FEM results and field measurements. It is seen that the camber predicted by elastic-stability theory gives acceptable results than the linear-elastic beam theory while strand releasing.
A through-railway bridge with an inclined girder has recently been applied to optimize the cross-section of a slender bridge structure in railway bridges. To achieve the additional cross-section optimization effect by the bolted end-plate connection, it is necessary to investigate the application of the bolted end-plate tension connection between the inclined girder and the crossbeam. This basic study was conducted on the application of the bolted end-plate moment connection of crossbeams to half-through girders with inclined webs. The combined behavior of vertical deflection and rotational behavior was observed due to the effect of the web inclination in the inclined girder where the steel crossbeam was connected to the girder by the bolted end-plate moment connection. Therefore, in the experiment, the deflection of the inclined girder was 1.77-2.93 times greater than that of the vertical girder but the lateral deflection of the inclined girder was 0.4 times less than that of the vertical girder. Moreover, the tensile stress of the upper bolts in the inclined girder with low crossbeams was clearly 0.81 times lower than that of the vertical girder. According to the results, the design formula for vertical girders does not reflect the influence of the web inclination. Therefore, this study proposed the design procedures for the inclined girder to apply the bolted end-plate moment connection of the crossbeam to the inclined girder by reflecting the design change factors according to the effect of the web inclination.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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1998.04a
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pp.141-148
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1998
The chloride attack of the top mat of reinforcing bars is a major cause of deterioration of comcrete deck of plate girder bridges. This is caused by a current design method which requires a top mat of reinforcing bars to resist a negative bending moment in bridge decks. In recently, empirical evidence has indicated that the top transverse reinforcing bars can patially or fully be eliminated without jeopardizing the structural integrity of a deck. So, one of the most efficient way to increase durability of concrete deck of bridges is the development of new design method that reduce or eliminate the top mat reinforcing bars, mad it is possible by the exact analysis that considering the negative bending moment reducing effect which introduced by relative deflection of plate girders. In this study, we develop the new bridge deck analysis method that considered the effect of relative girder deflection by applying the principles of slope deflection method of frames, and that is fine tuned with results of finite element analysis. This new approach evaluate a bending moment in a deck based on the effect of relative girder deflection as well as the magnitude of wheel loads, the girder spacing and stiffness, deck stiffness and the span length
Kim, Jong Wook;Kim, Jang-Ho Jay;Kim, Tae-Kyun;Lee, Tae Hee;Yang, Dal Hun
International journal of steel structures
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v.18
no.4
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pp.1336-1349
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2018
Generally, a precast prestressed concrete (PSC) beam is used as girders for short-to-medium span (less than 30 m) bridges due to the advantages of simple design and construction, reduction of construction budget, maintenance convenience. In order to increase the span length beyond 50 m of precast PSC girder, PSC hollow box girder with unbonded prestressed H-type steel beam placed at the compressive region is proposed. The unbonded compressive prestressing in the H-type steel beams in the girder is made to recover plastic deflection of PSC girder when the pre-stressing is released. Also, the H-steel beams allow minimization of depth-to-length ratio of the girder by reducing the compressive region of the cross-section, thereby reducing the weight of the girder. A quasi-static 3-point bending test with 4 different loading steps is performed to verify safety and plastic deflection recovery of the girder. The experimental results showed that the maximum applied load exceeded the maximum design load and most of the plastic deflection was recovered when the compressive prestressing of H-type steel beams is released. Also using prestressed H-type steel as compression reinforcements in the upper part of cross section, repair and restoration difficulty and cost of PSC girders should be significantly reduced. The study result and analysis are discussed in detail in the paper.
Gurunaathan, K.;Johnson, S. Christian;Thirugnanam, G.S.
Structural Engineering and Mechanics
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v.61
no.1
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pp.117-124
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2017
Load testing is one of the important tests to determine if the structural elements can be used at the intended locations for which they have been designed. It is nothing but gradually applying the loads and measuring the deflections and other parameters. It is usually carried out to determine the behaviour of the system under service/ultimate loads. It helps to identify the maximum load that the structural element can withstand without much deflection/deformation. It will also help find out which part of the element causes failure first. The load-deflection behaviour of the road bridge girder has been studied by carrying out the load test after simulating the field conditions to the extent possible. The actual vertical displacement of the beam at mid span due to the imposed load was compared with the theoretical deflection of the beam. Further, the recovery of deflection at mid span was also observed on removal of the test load. Finally, the beam was checked for any cracks to assert if the beam was capable of carrying the intended live loads and that it could be used with confidence.
Song Hwa-Cheol;Cho Yong-Soo;Chung Sung-Jin;Yoon Kwang-Sup;Lee Woo-Ho
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2006.04a
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pp.175-181
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2006
The prediction of time-dependent column shortening is essential for tall buildings considering both strength and serviceability aspects. The Column shortening of tall buildings with transfer floor should be calculated considering the long-term deflection of transfer girder. In this study, both the column shortening and the deflection of transfer girder of 45-story tall concrete building are predicted. The column shortening considering deflection of transfer girder are compared with the actual column shortening by field measurement.
This paper presents results from experimental and numerical studies on the response of steel-concrete composite box bridge girders under certain localized fire exposure conditions. Two composite box bridge girders, a simply supported girder and a continuous girder respectively, were tested under simultaneous loading and fire exposure. The simply supported girder was exposed to fire over 40% of its span length in the middle zone, and the two-span continuous girder was exposed to fire over 38% of its length of the first span and full length of the second span. A measurement method based on comparative rate of deflection was provided to predict the failure time in the hogging moment zone of continuous composite box bridge girders under certain localized fire exposure condition. Parameters including transverse and longitudinal stiffeners and fire scenarios were introduced to investigate fire resistance of the composite box bridge girders. Test results show that failure of the simply supported girder is governed by the deflection limit state, whereas failure of the continuous girder occurs through bending buckling of the web and bottom slab in the hogging moment zone. Deflection based criterion may not be reliable in evaluating failure of continuous composite box bridge girder under certain fire exposure condition. The fire resistance (failure time) of the continuous girder is higher than that of the simply supported girder. Data from fire tests is successfully utilized to validate a finite element based numerical model for further investigating the response of composite box bridge girders exposed to localized fire. Results from numerical analysis show that fire resistance of composite box bridge girders can be highly influenced by the spacing of longitudinal stiffeners and fire severity. The continuous composite box bridge girder with closer longitudinal stiffeners has better fire resistance than the simply composite box bridge girder. It is concluded that the fire resistance of continuous composite box bridge girders can be significantly enhanced by preventing the hogging moment zone from exposure to fire. Longitudinal stiffeners with closer spacing can enhance fire resistance of composite box bridge girders. The increase of transverse stiffeners has no significant effect on fire resistance of composite box bridge girders.
The Journal of the Convergence on Culture Technology
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v.9
no.4
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pp.549-555
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2023
Jacking force loss management inside the PSC Box girder of a common high-speed railway is a very important feature in girder performance, and requires detailed management during the maintenance of the girder. This study aimed to analyze the timing of re-tension prediction of PSC Box girder based on the reduction level of the packing force inside the girder and the results of the tension loss measured without the train load test. As a result of predicting the timing of re-tension according to the level of tension reduction of the PSC Box Girder, the Jacking Force Loss curve was gently analyzed before the structure reached 17 years after confirmed completion, and 17 years later, it was found that the jacking force loss curve progressed rapidly. The results confirmed that the tension of the structure decreases with the service life increase, but considerably decreases as the structure ages. Therefore, more data and research on tension loss of facilities over 20 years are much required.
Park, Nam-Hoi;Kang, Young-Jong;Choi, Jin-Yu;Lim, Nam-Hyoung
Structural Engineering and Mechanics
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v.15
no.6
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pp.629-651
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2003
Current design specifications prescribe that the upper and lower reinforcement mat is required in the same amount to resist negative and positive moment in bridge decks. This design concept is primarily based on the unrealistic assumption that the girder plays a role of rigid support against deck deflection. In reality, however, girders are flexible and the deflection of girders affect the behavior of deck slabs. In the present study, an analytical method was developed to take the effect of the girder flexibility on the deck behavior into account. The method was formulated based on the slope-deflection equations of plates and harmonic analysis. Unlike the conventional finite element analysis, the input and output schemes are simple and convenient. The validity of the presented study was verified by a series of comparative studies with finite element analyses and experimental tests. It was shown from the analyses that the negative transverse moments of decks were significantly reduced in many cases when the girder flexibility were appropriately taken into consideration whereas the positive moments tend to increase. This poses a strong need to improve the conventional design concept of decks on rigid girders to those on flexible girders.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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