Park, Yong Myung;Kim, Dong Hyun;Kim, Hee Soon;Park, Jae Bong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.26
no.5
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pp.485-498
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2014
In this paper, vehicle-bridge interaction analysis under a series of moving vehicles to simulate a lane load was performed to estimate impact factor of the main cable, hanger and girder for the selected suspension bridges with 404m and 1545m main span. Korea Bridge Design Code(Limit State Design) was selected for the live model in which KL-510 truck was modeled 6-d.o.f. vehicle and a lane load was simulated by a series of single-axle vehicles. For the 404m main span bridge, hinge-type and floating-type girders at the tower were considered to examine the impact factor according to the connection and supporting type of the girders. The parameters considered herein are the types of live load-a truck only and a truck plus lane load, eccentricity of moving vehicles, road surface roughness and vehicle speed. The road surface roughness was randomly generated based on ISO 8608 and it was applied to the truck only. The impact factors were also evaluated by using the influence line method that is commonly used in cable-supported bridges and compared with those from vehicle-bridge interaction analysis.
The objective of this study was to evaluate the performance of high-strength lattice girders as a possible superior alternative to conventional steel arch ribs. For this purpose, the structural characteristics of supports were analyzed using numerical analysis, and their performance was evaluated using maximum bending load tests and tensile tests of the welded joint. According to the results of structural analysis, the optimum size of the upper and lower members and plates is 50 mm × 31.8 mm × 25.4 mm, demonstrating excellent functionality and economic efficiency. High-strength lattice girders of dimensions 55 mm × 30 mm × 20 mm and 85 mm × 30 mm × 20 mm, determined from bending load tests, are found to meet both the reference values and the target values of H-profiles 100 and 125. A review of the ratio of theoretical deflection to actual deflection shows that the high-strength lattice girder developed during this study meets fewer than five of the evaluation criteria for lattice girder deflections proposed by the Federal Railway Department of Germany. Finally, tensile test results reveal that the welded joint of the high-strength lattice girder at the main steel bar-auxiliary steel bar-plate junction exceeds the target value, indicating that the welded joint has sufficient stability.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.17
no.8
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pp.456-464
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2016
Increasing the strength of structural materials allows their self-weight to be reduced and this, in turn, enables the structures to satisfy esthetic requirements. The yield strength of high-performance steel is almost 480 MPa, which is approximately 50% higher than that of general structural steel. The use of high strength materials, however, makes the sections more slender, which can potentially result in significant local stability problems. The strength of slender element sections might be governed by their elastic buckling behavior, and the elastic buckling strength is very sensitive to the boundary conditions. Because the web provides the boundary conditions of the compressive thin-flange, the stiffness of the web can affect the elastic buckling strength of the flange. In this study, therefore, the effects of the flange and web slenderness ratios on the elastic flange local buckling of I-girders subjected to a pure bending moment were evaluated by finite element analysis (FEA). The analysis results show that the elastic local buckling strength and buckling modes were affected not only by the web support conditions, but also by the flange and web slenderness ratios.
Jung, Young Hwa;Hong, Sung Wook;Kim, Ik Gyeom;Jung, Jin Suck
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.12
no.2
s.45
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pp.111-122
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2000
In this study, A series of fatigue tests have been performed on the fillet welded joints of cover plates in steel plate girders in order to quantitatively assess the fatigue characteristics according to the shapes of cover plates. From the results of fatigue tests, it has been shown that the fatigue strengths were slightly different according to their shapes, but satisfied the fatigue design curves in Korea and other countries. Also, from the results of beachmark tests, it has been confirmed that the points of fatigue crack initiation were closely related to the shapes of weld bead toes, and fatigue cracks simultaneously initiated from several points in weld bead toes have been grown as semi-elliptical surface cracks, and these cracks have been coalesced each other, and grown as through thickness cracks, and finally reached to fracture. Besides, from the results of fracture mechanics approaches, stress gradient factors were the most dominant factors among crack correction factors obtained from the existing equations and finite element analysis, and the fatigue life on fillet welded joints of cover plates could be estimated using the relations between fatigue crack growth rate and stress intensity factor range obtained from finite element analysis.
Park, Nam Hoi;Lim, Da Soo;Cho, Sun Kyu;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.3
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pp.231-239
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2003
Many box girder bridges have been constructed during the past several decades due to their large bending and torsional rigidities as well as aesthetic considerations. However, box girders have shortcoming in that the cross section distorts under an eccentric loading and warps out of the section plane. Therefore, in order to reduce distortional stresses such as distortional warping and transverse bending normal stresses, diaphragms were generally installed in the box girders. Shapes of the diaphragms in steel-box-girder bridges constructed up to date were solid-plate, frame, and truss types. The objectives of this study using parametric study were to evaluate the appropriate stiffness ratio of intermediate diaphragms and then to propose the effective spacing and numbers of intermediate diaphragms based on the evaluated stiffness ratio. Target bridges for this study were straight continuous span bridges with a single-cell steel box section. The parameters for the parametric study were the shape of box section, the span numbers, the equivalent span length, the stiffness of intermediate diaphragms, and the spacing of intermediate diaphragms. From the results of the parametric study, the effective spacing and numbers as well as the stiffness ratio of the intermediate diaphragms will be presented.
The load distribution factor (LDF) values of simplified composite H beam panel bridges (SCHPBs) that were subjected to one lane and two lane loads were investigated using three dimensional finite element analyses with the computer program ABAQUS (2007). This study considered some design parameters such as the slab thickness, the steel plate thickness, the span length, and the continuity of the SCHPBs in the development of new LDFs. The distribution values that were obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard, LRFD, and the equations presented by Tarhini and Frederick, Huo et al., Back and Shin, and Cai. The AASHTO Standard distribution factors for SCHPBs were found to be very conservative. Sometimes, the distribution values from the finite element analyses for interior girders were similar to the results of the AASHTO LRFD, whereas the values for exterior girders were conservative in most cases. The new distribution values that were presented in this study produced LDFs that are more conservative than those from the finite element method. For the simple application of the design to SCHPBs, bridge engineers can use 0.42 for the interior girder and 0.32 for the exterior girder. The proposed values improve the current design procedure for the LDF problem and increase SCHPB design efficiency.
Prakash, Amar;Anandavalli, N.;Madheswaran, C.K.;Lakshmanan, N.
Steel and Composite Structures
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v.13
no.3
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pp.239-258
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2012
In this paper, experimental investigations on high strength steel (HSS) stud connected steel-concrete composite (SCC) girders to understand the effect of shear connector density on their flexural behaviour is presented. SCC girder specimens were designed for three different shear capacities (100%, 85%, and 70%), by varying the number of stud connectors in the shear span. Three SCC girder specimens were tested under monotonic/quasi-static loading, while three similar girder specimens were subjected to non-reversal cyclic loading under simply supported end conditions. Details of casting the specimens, experimental set-up, and method of testing, instrumentation for the measurement of deflection, interface-slip and strain are discussed. It is found that SCC girder specimen designed for full shear capacity exhibits interface slip for loads beyond 25% of the ultimate load capacity. Specimens with lesser degree of shear connection show lower values of load at initiation of slip. Very good ductility is exhibited by all the HSS stud connected SCC girder specimens. It is observed that the ultimate moment of resistance as well as ductility gets reduced for HSS stud connected SCC girder with reduction in stud shear connector density. Efficiency factor indicating the effectiveness of high strength stud connectors in resisting interface forces is estimated to be 0.8 from the analysis. Failure mode is primarily flexure with fracturing of stud connectors and characterised by flexural cracking and crushing of concrete at top in the pure bending region. Local buckling in the top flange of steel beam was also observed at the loads near to failure, which is influenced by spacing of studs and top flange thickness of rolled steel section. One of the recommendations is that the ultimate load capacity can be limited to 1.5 times the plastic moment capacity of the section such that the post peak load reduction is kept within limits. Load-deflection behaviour for monotonic tests compared well with the envelope of load-deflection curves for cyclic tests. It is concluded from the experimental investigations that use of HSS studs will reduce their numbers for given loading, which is advantageous in case of long spans. Buckling of top flange of rolled section is observed at failure stage. Provision of lips in the top flange is suggested to avoid this buckling. This is possible in case of longer spans, where normally built-up sections are used.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.12
no.4
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pp.525-535
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1999
In this study, a new method of fabricated concrete deck bridge construction is proposed. This paper details the method in which concrete multi-girders and fabricated concrete decks are rested on the upper flange of the girder and the female to female type sheat-key is formed to connect girder and deck. The finite element analysis is performed to verify the accuracy of the structural behaviors of the fabricated concrete deck bridge by comparing with experimental results. The first task performed is the analysis of the equilibrium of the member force occurring between the deck and the girder. After verifying equilibrium of the member force determined by the finite element analysis, this process is applied to the analysis of maximum member force as the position of design load. This task is utilized to determine the safety of each member according to the same scale finite element model. The final process in this study is to compare the deflection of girders used in experiment with that of the same scale finite element model to verify the strength of fabricated cincrete deck bridge. By this comparison, it is shown that the behavior of the fabricated concrete deck bridge is almost same as the finite element analysis. The second task is to analyze the load distribution effect according to the number of diaphragms and the composite effect due to the cinnection of the deck and girder by the finite element analysis. From the results of second task, it is found that the load distribution effect is not related to the number of diaphragms in case of the central loading, but is related to the number of diaphragms for eccentric loading. Analysis of the load distribution indicates that the effective number of diaphragm is three. It is also shown that the maximum deflection is decreased to almost one half due to the composite action of the deck and girder.
Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society
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v.18
no.2
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pp.576-582
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2017
The switching system in a maglev train is an indispensable element for distributing train routes, and it should be designed to ensure safe operation. Unlike conventional wheels on rails, the switching track in EMS-type maglev is supported by a group of 3 to 4 steel girders. When the vehicle changes its route, the segmented track allows the girders to change from a straight position to a curved one with a small radius of curvature. Hence, the structural characteristics of the segmented switching system may affect the levitation stability of the maglev vehicle. This study experimentally evaluates the dynamic interaction between maglev vehicles and a segmented switching system. The results may be helpful for improving the switching system. The measured levitation and lateral air gaps were evaluated at a vehicle speed of 25 km/h, and the ride quality of the Maglev vehicle was determined to be "comfortable" according to the UIC 513 standard.
The behavior of horizontally curved I-girder bridges is complex because the flexural and torsional behavior of curved girders are coupled due to their initial curvature. Also, the behavior is affected by cross beams. To investigate the behavior of horizontally curved I-girder bridges, it is necessary to consider curved girders with cross beams. In order to perform free vibration analyses of horizontally curved I-girder bridges, a finite element formulation is presented here and a finite element analysis program is developed. The formulation that is presented here consists of curved and straight beam elements, including the warping degree of freedom. Based on the theory of thin-walled curved beams, the shape functions of the curved beam elements are derived from homogeneous solutions of the static equilibrium equations. Third-order hermits polynomials are used to form the shape functions of the straight beam elements. In the finite element analysis program, global stiffness and mass matrix are composed, based on the Cartesian coordinate system. The Gupta method is used to efficiently solve the eigenvalue problem. Comparing the results of several examples here with those of previous studies, the formulation presented is verified. The validity of the program developed is shown by comparing results with those analyzed by the shell element.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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