Wen-ming Zhang;Yu-peng Chen;Shi-han Wang;Xiao-fan Lu
Structural Engineering and Mechanics
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v.90
no.4
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pp.325-343
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2024
Triple-tower double-cable suspension bridges have increased confinement stiffness imposed by the main cable on the middle tower, which has bright application prospects. However, vertical bending and torsional vibrations of the double-cable and the girder are coupled in such bridges due to the hangers. In particular, the bending vibration of the towers in the longitudinal direction and torsional vibrations about the vertical axis influence the vertical bending and torsional vibrations of the stiffening girders, respectively. The conventional analytical algorithm for assessing the dynamic features of the suspension bridge is not directly applicable to this type of bridge. This study attempts to mitigate this problem by introducing an analytical algorithm for solving the triple-tower double-cable suspension bridge's natural frequencies and mode shapes. D'Alembert's principle is employed to construct the differential equations of the vertical bending and torsional vibrations of the stiffening girder continuum in each span. Vibrations of stiffening girders in each span are interrelated via the vibrations of the main cables and the bridge towers. On this basis, the natural frequencies and mode shapes are derived by separating variables. The proposed algorithm is then applied to an engineering example. The natural frequencies and mode shapes of vertical bending and torsional vibrations derived by the analytical algorithm agreed well with calculations via the finite element method. The fundamental frequency of vertical bending and first- and second-order torsion frequencies of double-cable suspension bridges are much higher than those of single-cable suspension bridges. The analytical algorithm has high computational efficiency and calculation accuracy, which can provide a reference for selecting appropriate structural parameters to meet the requirements of dynamics during the preliminary design.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.1
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pp.171-180
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2007
Reliability analysis of prestressed steel and concrete(PSSC) girders is conducted for deflection, stress and moment strength limit state. PSSC girder has strong advantages in terms of construction cost and vertical clearance for the span length of over 40 meters. In this paper, example PSSC girders with different span lengths, section dimensions and design stress levels are designed and analyzed to calculate the midspan deflection, stress and the section moment strength. Deflection limit state, stress limit state and strength limit state functions are assumed and the reliability indexes are obtained by Monte-Carlo simulation and Rackwitz-Fiessler procedure. The results show that the reliability of PSSC girder for deflection limit state is appropriately higher than the stress limit state and the reliability for moment strength is significantly conservative.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.4
s.56
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pp.137-147
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2009
In this study, several flexural vibration characteristics of prestressed concrete girders due to changes in prestress forces are experimentally analyzed. In order to achieve the objective, the following approaches are implemented. First, several methods to extract vibration response features from output-only signal are selected. Next, a large-scaled prestressed concrete girder model is constructed to analyze relation between the prestress forces and the vibration features in the prestressed concrete girder. Then acceleration responses are measured from the girder for several prestress force scenarios. Finally, vibration characteristics of the prestressed concrete girder due to change in prestress force are experimentally analyzed. The values of features extracted by the selected methods are reduced due to prestress-loss. Especially, the value of features are linearly reduced in the early prestress-loss.
This study discusses the long-term deformation monitoring and shape sensing of bridge girder surfaces with an automated extraction scheme for point clouds in the Region Of Interest (ROI), invariant to the position of a Light Detection And Ranging system (LiDAR). Advanced smart construction necessitates continuous monitoring of the deformation and shape of bridge girders during the construction phase. An automated scheme is proposed for reconstructing geometric model of ROI in the presence of noisy non-stationary background. The proposed scheme involves (i) denoising irrelevant background point clouds using dimensions from the design model, (ii) extracting the outer boundaries of the bridge girder by transforming and processing the point cloud data in a two-dimensional image space, (iii) extracting topology of pre-defined targets using the modified Otsu method, (iv) registering the point clouds to a common reference frame or design coordinate using extracted predefined targets placed outside ROI, and (v) defining the bounding box in the point clouds using corresponding dimensional information of the bridge girder and abutments from the design model. The surface-fitted reconstructed geometric model in the ROI is superposed consistently over a long period to monitor bridge shape and derive deflection during the construction phase, which is highly correlated. The proposed scheme of combining 2D-3D with the design model overcomes the sensitivity of 3D point cloud registration to initial match, which often leads to a local extremum.
Kim, Sung Jae;Kim, Sung Bae;Uhm, Ki Ha;Kim, Jang Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.34
no.6
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pp.1731-1741
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2014
Recently, many overpasses, highway, and advanced transit systems have been constructed to distribute the traffic congestion, thus small size of curved bridges with small curvature such as ramp structures have been increasing. Many of early curved bridges had been constructed by using straight beams with curved slabs, but curved steel beams have replaced them due to the cost, aesthetic and the advantage in building the section form and manipulating the curvature of beams, thereby large portion of curved bridges were applied with steel box girders. However, steel box girder bridges needs comparatively high initial costs and continuous maintenance such as repainting, which is the one of the reason for increasing the cost. Moreover, I-type steel plate girder which is being studied by many researchers recently, seem to have problems in stability due to the low torsional stiffness, resulting from the section characteristics with thin plate used for web and open section forms. Therefore, in recent studies, researchers have proposed curved precast PSC girders with low cost and could secured safety which could replace the curved steel girder type bridges. Hence, this study developed a Smart Mold system to manufacture efficient curved precast PSC girders. And by using this mold system a 40 m 2-girder bridge was constructed for a static flexural test, to evaluate the safety and performance under ultimate load. At the manufacturing stage, each single girder showed problems in the stability due to the torsional moment, but after the girders were connected by cross beams and decks, the bridge successfully distributed the stress, thereby the stability was confirmed. The static loading test results show that the initial crack was observed at 1,400 kN when the design load was 450 kN, and the load at the allowable deflection by code was 1,800 kN, which shows that the safety and usability of the curved precast PSC bridge manufactured by Smart Mold system is secured.
Kim, Chi-Ung;Park, Kil-Bae;Lee, Kang-Wun;Woo, Kwan-Je
Proceedings of the KSR Conference
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2011.10a
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pp.2585-2593
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2011
Maglev train system has been continuously received attention as it provides good ride quality and low noise and vibration level. Furthermore it is an eco-friendly transport system with little dust pollutant. However the dynamic performance of the vehicle has been influenced by the track layout and the structural stability of guideways and girders, etc. Especially the levitation control of magnetic module is the most important performance of the Maglev system and is very sensitive about the control algorithm and the parameters of the controller. In this paper, the co-simulation of the control and dynamic model has been proposed and the simulation results for the running simulation on the curve track has been shown.
Jo, Jeong-Min;Han, Young-Jae;Lee, Chang-Young;Cho, Ju-Hyun;Choi, Seong-Ho
Proceedings of the KSR Conference
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2011.10a
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pp.2383-2388
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2011
LSMs are installed under girders along the long track. In order to improve the efficiency of the LSM, long stator LSM should be divided into the specified length and the propulsion inverters should have the system topology to generate high voltage and current for LSMs. This paper presents a system topology with two-step inverter in order to generate high voltage in inverter. A LSM propulsion system is developed and implemented in Maltab/Simulink. A system model of the two-step Inverter is applied to developed model. This paper demonstrates through simulation, advantages of multi-step inverter. The conclusions can serve the design of LSM propulsion system.
For long-span suspension bridges with their intrinsic limit in flutter, some counter measures, for example, central stabilizers, should be adopted to improve aerodynamic stability to meet with the appropriate wind resistance requirements. The present paper introduces aerodynamic stabilization for long-span suspension bridges with box girders by using central stabilizers based on Xihoumen Bridge with the main span of 1650 m. The aerodynamic stabilization study covers experimental investigation of sectional model testing, comprehensive evaluation of three central stabilizers and theoretical analysis of stabilizing mechanism related to flutter derivatives, aerodynamic damping and degree participation.
This paper presents the lateral-torsional buckling (LTB) of beams or girders with continuous lateral support at top flange. Traditional moment gradient factors ($C_b$) given by AISC in LRFD Specification for Structural Steel Buildings and by AASHTO in LRFD Bridge Design Specifications were reviewed. Finite-element method buckling analyses of doubly symmetric I-shaped beams with continuous top bracing were conducted to develop new moment gradient factors. A uniformly distributed load was applied at midheight and either or both end moments were applied at the ends of beams. The proposed solutions are simple and accurate for use by engineers to determine the LTB resistance of beams.
Reliability-based design limit states and associated partial load factors provide a consistent level of design safety across bridge types and members. However, limit states in the current AASHTO LRFD have not been developed explicitly for the situation encountered by integral abutment bridges (IABs) that have unique boundary conditions and loads with inherent uncertainties. Therefore, new reliability-based limit states for IABs considering the variability of the abutment support conditions and thermal loading must be developed to achieve IAB designs that achieve the same safety level as other bridge designs. Prestressed concrete girder bridges are considered in this study and are subjected to concrete time-dependent effects (creep and shrinkage), backfill pressure, temperature fluctuation and temperature gradient. Based on the previously established database for bridge loads and resistances, reliability analyses are performed. The IAB limit states proposed herein are intended to supplement current AASHTO LRFD limit states as specified in AASHTO LRFD Table 3.4.1-1.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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