Previous finite element studies have shown that AASHTO Standard load distribution factor (LDF) equations appear to be conservative for longer spans and larger girder spacing, but too permissible for short spans and girder spacing. AASHTO LRFD specification defines the distribution factor equation for girder spacing, span length, slab thickness, and longitudinal stiffness. However, this equation requires an iterative procedure to correctly determine the LDF value due to an initially unknown longitudinal stiffness parameter. This study presents a simplified LDF equation for interior and exterior girders of two-span continuous I-girder bridges that does not require an iterative design procedure. The finite element method was used to investigate the effect of girder spacing, span length, slab thickness, slab width, and spacing and size of bracing. The computer program, GTSTRUDL, was used to idealize the bridge superstructures as the eccentric beam model, the concrete slab by quadrilateral shell elements, steel girders by space frame members, and the composite action between these elements by rigid links. The distribution factors obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard and LRFD methods. It was observed through the parametric studies that girder spacing, span length, and slab thickness were the dominant parameters compared with others. The LRFD distribution factor for the interior girder was found to be conservative in most cases, whereas the factor for the exterior girder to be unconservative in longer spans. Furthermore, a regression analysis was performed to develop simplified LDF formulas. The formulas developed in this study produced LDF values that are always conservative to those from the finite element method and are generally smaller than the LDF values obtained from the AASHTO LRFD specification. The proposed simplified equation will assist bridge engineers in predicting the actual LDF in two-span continuous I-girder bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.25
no.5
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pp.24-31
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2021
The soundproof tunnels have been generally designed with H-beam girders, and the high weight of H-beam may cause the excessive design of the substructure. To solve this problem, this paper proposes a new soundproof tunnel girder design composed of pipes and discontinuous plates. First, the structural behavior of the straight girder according to the design parameters was examined through finite element analysis. The arrangement and shape of the plates were determined as the design parameter, to obtain the optimal design of girder. After then, the structural behavior and buckling stability of the arched girder were subsequently evaluated. As a result of the parameter analysis, it was confirmed that the axial force acting on the girder increased and the moment decreased as the ratio of unsupported sections decreased or the number of supporting plates increased. The stress concentration on the pipe member was relieved by increasing the long axis length of the elliptical plate. Arched girder analysis showed that the structural efficiency increase as the long axis of elliptical plate increase. As a result of the buckling evaluation, the buckling threshold load of the three connected girders was about 3.7 times higher than the design load. Consequently, it was confirmed that the proposed soundproof tunnel structure design satisfies both light weight and structural safety.
Journal of the Korean Society of Marine Environment & Safety
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v.29
no.5
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pp.488-496
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2023
Ship and bridge structures are a type of long box-shaped structure, and resistance to vertical bending moment is a key factor in their structural design. In particular, because box girders are repeatedly exposed to irregular wave loads for a long time, the continuous collapse behavior of structural members must be accurately predicted. In this study, plastic collapse behavior, including buckling according to load changes of the box girder receiving pure bending moments, was analyzed using a numerical analysis method. The analysis targets were selected as three box girders used in the Gordo experiment. The cause of the difference was considered by comparing the results of the structural strength experiment with those of non-linear finite element analysis. This study proposed a combination of the entire and local sagging shape to reflect the effect of the initial sagging caused by welding heat that is inevitably used to manufacture carbon steel materials. The procedures reviewed in the study and the contents of the initial sagging configuration can be used as a good guide for analyzing the final strength of similar structures in the future.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.5A
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pp.887-899
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2006
The aim of this study is to investigate a correlation between fundamental data on aerodynamic characteristics of bridge girder cross-sections, such as aerodynamic force coefficients and flutter derivatives, and their aerodynamic behaviour. The section model tests were carried out in three stages. In the first stage, seven deck configurations were studied, namely; Six 2-edge girders and one box girder. In this stage, changes in aerodynamic force coefficients due to geometrical shape of girders, incidence angle of flow, wind directions and turbulence intensities were studied by static section model tests. In the second stage, the dynamic section model tests were carried out to investigate the relativity of static coefficients to dynamic responses. And finally, the two-dimensional (lift-torsion) aerodynamic derivatives of three bridge deck configurations were investigated by dynamic section model tests. The aerodynamic derivatives can be best described as a representation of the aerodynamic damping and the aerodynamic stiffness provided by the wind for a given deck geometry. The method employed here to extract these unsteady aerodynamic properties is known as the initial displacement technique. It involves the measurement of the decay in amplitude with time of an initial displacement of the deck in heave and torsion, for various wind speeds, in smooth flow. It is suggested that the proposed aerodynamic force coefficients and flutter derivatives of bridge girder sections will be potentially useful for the aeroelastic analysis and buffeting analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.4A
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pp.647-657
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2006
Probabilistic Risk Assessment considering statistically random variables is performed for the preliminary design of a Cable Stayed Bridge, which is Prestressed Concrete Bridge consisted of cable and plate girders, based on the method of Working Stress Design and Strength Design. Component reliabilities of cables and girders have been evaluated using the response surface of the design variables at the selected critical sections based on the maximum shear, positive and negative moment locations. Response Surface Method (RSM) is successfully applied for reliability analyses for this relatively small probability of failure of the complex structure, which is hard to obtain through Monte-Carlo Simulations. or through First Order Second Moment Method that can not easily calculate the derivative terms of implicit limit state functions. For the analysis of system reliability, parallel resistance system consisting of cables and plate girder is changed into series connection system and the result of system reliability of total structure is presented. As a system reliability, the upper and lower probabilities of failure for the structural system have been evaluated and compared with the suggested prediction method for the combination of failure modes. The suggested prediction method for the combination of failure modes reveals the unexpected combinations of element failures in significantly reduced time and efforts compared with the previous permutation method or system reliability analysis method, which calculates upper and lower bound failure probabilities.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.1A
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pp.1-8
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2009
Stay cable is easily exposed to vibration induced rainy wind effects. There are some problems for not only unexpected vibration but also well-known vibration. An outbreak of displacement by the said effects brings damages such as over-tension of cables and barriers, fatigue of anchorages and dampers, and additional shear force variation of stiffening girders. This study suggests analytic methodology for dynamic tension variation of cables and shear force variation of stiffening girders. Additionally this study announces with dynamic problems for cable stayed bridge briefly. To realize this subject, we divide restoring force into chord component and normal component and then make up the differential equations which can satisfy physical phenomenon for each component. Finally we apply adequate functions such as sinusoidal and parabola in order to reduce these differential equations. Therefore we can meet with good results through a series of above process. As a remarkable result, CIP recommendations (2002) give inadequate solution with over 10% error. However it gives very good solution if parts of our study are reflected at the said recommendations. The fact means that CIP recommendations (2002) well-known as international standard of stay cables are not even concern about this subject yet. For verification of this study, F.E. analysis using E.C.C. with external forces was fulfilled, and the accuracy and conciseness of this study were shown.
Sangki Park;Jaehwan Kim;Dong-Woo Seo;Ki-Tae Park;Hyun-Ock Jang
Journal of Korean Society of Disaster and Security
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v.16
no.3
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pp.17-26
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2023
Prestressed Concrete (PSC) girders are divided into pre- and post-tension types as prestressing method, and I- and U-type as cross-sectional shape. There are both advantages and disadvantages depending on each prestressing method and cross-sectional shape, and each method is applied to bridge construction sites. In this study, a new girder design was attempted to develop that overcomes its shortcomings by using the pretension method and U-type cross sectional shape. Its structural performance was verified in this study. Pretension type girders are mainly manufactured in factories because they require a reaction arm and related facilities, and have the disadvantage of being limited in weight and span length for road transportation. In addition, in the case of the U-type cross-section, structural stability is very reliable during construction against overturning, but its own weight is relatively large comparing to I-type, and the post-tension method is mainly applied after on-site production. In this study, a PSC girder manufacturing method using the field pretension was proposed and a span length of 40 m real-scale test specimen was manufactured and verified its structural performance.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.28
no.4
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pp.1-12
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2024
In this study, a determination method of structural member section based on Nonlinear behaviors of steel cable-stayed bridges and the Harmony Search algorithm was presented. The Harmony Search algorithm determines the structural member section of cable-stayed bridges by repeating the process of setting the initial value, initializing the harmony memory, configuring the new harmony memory, and updating the harmony memory to search for the optimal value. The nonlinear initial shape analysis of a three-dimensional steel cable-stayed bridge was performed with the cross-section of the main member selected by the Harmony Search algorithm, and the optimal cross-section of the main members of the cable-stayed bridge, such as pylons, girders, cross-beams, and cables, reflecting the complex behavior characteristics and the nonlinearity of each member was determined in consideration of the initial tension and shape. The total weight was used as the objective function for determining the cross-section of the main member of the cable-stayed bridges, and the load resistance ability and serviceability based on the ultimate state design method were used as the restraint conditions. The width and height ratio of the girder and cross-section were considered additional restraint conditions. The optimal sections of the main members were made possible to be determined by considering the geometry and material nonlinearity of the pylons, girders, and cross-sections and the nonlinearity of the cable members. As a result of determining the optimal cross-section, it was confirmed that the proposed analysis method can determine the optimal cross-section according to the various constraint conditions of the cable-stayed bridge, and the structural member section of the cable-stayed bridge considering the nonlinearity can be determined through the Harmony Search algorithm.
In civil engineering applications, the establishment of standards and procedures for analysis, design, fabrication, construction, and quality control are essential in facilitating the economic and efficient use of composite materials. Many bridge systems, including girders. cross beams, and concrete decks, function as specially orthotropic plates. in general, the analytical solution for such complex systems is very difficult to achieve. Thus, the finite difference method is used for the analysis of the problem. The rate of tensile strength reduction due to increased size is considered. Strength reduction is necessary to ensure the safe design of building structures. This paper suggests the use of a strength-failure analysis procedure using the reduced tensile strength. A numerical study is conducted for different cases. The Tasi-Wu failure criterion for stress space is also used.
A method of reinforcement using external tendons has been found to be one of the effective techniques of reinforcement and its application is increasing. In this paper, the method to calculate the initial tendon force is proposed for the improvement of load-carrying capacity in existing steel-concrete composite bridges. An equation for the increment of tendon force was derived for tendon configurations and live load types, and the effect of reinforcement in a composite beam was numerically studied. The method to calculate the number of tendon and initial tendon force was presented by proposing the new method to calculate the rating factor, which considers the increment of tendon force. The method was shown to be effective for an existing steel-concrete bridge.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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