This study developed an evaluation system to explore the effect of the environmental temperature on the stress redistribution produced by cable stress relaxation of structural members in a steel cable-stayed bridge. The generalized Maxwell model is used to estimate stress relaxation at different temperatures. The environmental temperature is represented using the thermal coefficients and temperature loads. The fmincon optimization function is used to determine the set of stress relaxation parameters at different temperatures for all cables. The ABAQUS software is employed to investigate the stress redistribution of the steel cable-stayed bridge caused by the cable stress relaxation and the environmental temperature. All of these steps are set up as an evaluation system to save time and ensure the accuracy of the study results. The developed evaluation system is then employed to investigate the effect of environmental temperature and cable type on stress redistribution. These studies' findings show that as environmental temperatures increased up to 40 ℃, the redistribution rate increased by up to 34.9% in some girders. The results also show that the cable type with low relaxation rates should be used in high environmental temperature areas to minimize the effect of cable stress relaxation.
In this study, a graphical automatic system is developed in order to investigate the stress redistribution of structural members in a steel cable-stayed bridge. The generalized Maxwell model is selected for stress relaxation estimation, and it is carefully verified and applied to all the cable members of a steel cable-stayed bridge to investigate its stress relaxation. A set of stress relaxation parameters in all cables is determined using the fmincon optimization function. The stress redistribution of the steel cable-stayed bridge is then analyzed using ABAQUS. To shorten the investigation time, all the aforementioned phases are built up to be an automatic system. The automatic system is then employed to investigate the effect of cable cross-section areas and girder spans on stress redistribution. The findings from these studies show that the initial tension in the cables of a steel cable-stayed bridge should be kept to less than 55% of the cable's ultimate strength to reduce the effect of cable stress relaxation. The cable space in a steel cable-stayed bridge should be limited to 15,000 mm to minimize the effect of cable stress relaxation. In comparison to other structural members of a steel cable-stayed bridge, the girders experience a significant stress redistribution.
International conference on construction engineering and project management
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2017.10a
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pp.263-270
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2017
The precast concrete (PC) structure has been preferred for reasons of shortening the construction time and securing the quality and, in particular, it has a cost saving effect in case of long span and heavy loaded structure with high floor height. Most engineers take it for granted to install the plant produced PC members. Researchers in several papers have argued that slander PC members such as columns and girders can be cost-effective if in-situ production is possible, while ensuring quality equal to or better than in-plant production. However, this argument is not officially accepted because objective verification has not been done. Therefore, the purpose of this study is to experimentally conduct in-situ production of PC members to verify the above claim. For this study, a storage building with long span and heavy loaded structure with high floor height was selected as a case study site. For the site, most of the PC members were supplied from the plant, and some of the columns were produced in the site for this study. As a result, it has been confirmed that it has a cost saving effect of 20% while having superior quality to plant-produced PC columns.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.27
no.3
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pp.555-561
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2024
This paper derives material properties of steel bars that simulate the distribution of stress and strain of prestressed tendons used in Prestressed concrete(PSC) girders and presents an optimal material model. ABAQUS software was used to establish the 3D solid model of the PSC girder and strand wire rope for a PS(Prestressed) tendon. Then the model of steel wire rope was imported into the Isight interface plugin directly through the ABAQUS and the Data Matching. In ABAQUS, the contact pairs were established, the models were meshed, the constraints were applied to solve the finite element model and an axial tension of 0.5m/s was loaded to analyze the stress and deformation distributions in the normal working range of the PS strand wire rope. In Data Matching, classical experimental data is fitted to the optimal material properties through finite element analysis and multi-objective optimization. The results show that the steel bar with optimal material properties presents a similar linear area and stress distribution with the PS tendon.
Tapered girders emerged as an economical remedy for the challenges associated with constructing long-span buildings. From an economic standpoint, these systems offer significant advantages, such as wide spans, quick assembly, and convenient access to utilities between the beam's shallow sections and the ceiling below. Elastic-local buckling is among the various failure modes that structural designers must account for during the design process. Despite decades of study, there remains a demand for efficient and comprehensive procedures to streamline product design. One of the most pressing requirements is a better understanding of the tapered web plate girder's local buckling behavior. This paper conducts a comprehensive numerical analysis to estimate the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates, considering loading conditions involving compression and bending stresses. An eigenvalue analysis was carried out to determine the natural frequencies and corresponding mode shapes of tapered web plates with varying geometric parameters. Additionally, the study highlights the relative significance of various parameters affecting the local buckling phenomenon, including the tapering ratio of the panel, normalized plate length, and ratio of minimum to maximum compressive stresses. The regression analysis and optimization techniques were performed using MATLAB software for the results of the finite element models to propose a separate formula for each load case and a unified formula covering different compression and bending cases of the elastic local buckling coefficient. The results indicate that the proposed formulas are applicable for estimating the critical buckling coefficient for simply supported tapered steel web plates.
Analytical methods for assessment of the out-of-plane buckling of unbraced top chords of truss bridges may look obsolete while comparing them to finite element analysis. However they are, usually, superior when rapid assessment is necessary. Analytical methods consider the top chord as a bar on elastic supports provided by bracing (Holt, Timoshenko). Correct assessment of the support elasticity (stiffness) is crucial. In the case of truss bridge spans of traditional structural layout (cross-beams at the truss chord nodes only), the elasticity may be set based on the analysis of the, so called, U-frame stiffness. Here the analyses consider the U-frame itself (a pair of verticals and a cross-beam) or the U-frame with adjacent diagonals or the pair of diagonals (in the absence of verticals) and the members of the bottom chord in the adjacent panels. For all the cases, the stability analysis of the chord as a bar in compression is necessary. Unfortunately, the method cannot be applied to contemporary truss bridges without verticals, that usually have independent cross-beam decks (the cross-beams attached to truss chords at their nodes and between them). This is the motivation for the analysis resulting in the method of setting the stiffness of the equivalent U-frame for the aforementioned truss bridges. Truss girders of both, gussetless and gusseted, joints are taken into account.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.5
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pp.211-217
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2006
This analysis evaluated small and large temperature gradient effects on the FRP deck considering lightweight of FRP deck and ply orientations at the interface between steel girders and FRP deck. Finally, the analytical results shows the possible failure mechanism of FRP deck under various temperature changes and its corresponding index is suddenly varied depending on the rapid change of temperature on the deck plate.
In order that the steel girder and the concrete slab act as a composite structure, the connectors must have adequate strength and stiffness. If there are no horizontal or vertical separations at the interface, the connectors are described as rigid, and complete interaction can be said to exist under these idealized circumstances. However, all connectors are flexible to some extent, and therefore incomplete interaction always exists. This paper presents a practical structural analysis of composite girders with incomplete interaction by three methods. One is the stiffness matrix method derived from the general solutions of differential equation, another is the finite element analysis that alternate method of solution treats the structure as a frame and defines the spring as an additional member, and the other is the finite element analysis using principle of virtual work. The deflection characteristic of composite girder is investigated using these three methods. Also, this paper propose a simplified procedure of estimating a degree of imperfection for a composite girder with incomplete interaction using the sectional properties of girder and spring constants of shear connectors.
Koo, Min Se;Yoon, Wo Hyun;Lee, Ho Kyoung;Kim, Dae Hong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.15
no.2
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pp.125-135
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2003
A 3-dimensional model of curved steel box girder bridges without diaphragm was presented. This model yielded results that were consistent with those of the parameter analysis using the BEF and Ritz methods. Se veralmodels with diaphragms were analyzed to estimate the appropriate diaphragm spacing. In case of 50m span, models A-10, A-20, A-30, B-10, B-20, and B-30 were found to have 5(8.3m), 7(6.25m), 8(5.5m), 4(10m), 6(7.1m), and 7(6.25m) diaphragms, respectively. In addition, a formula that presents the ratio of distortional stress to bending stresswas created from the results of the 3-dimensional FEM model analysis.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.33
no.1
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pp.23-34
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2013
In this study, a safe, economic, and rapid construction method of underground roadway using PSC girder is developed to reduce traffic congestion and maximize space usage in urban area. For an efficient application of the method, a rigid joint connection is proposed and tested. For the testing, cantilever specimens were used to verify its capacity. The parameters for this study were cross beam length and joint connection type. The results of the test showed that the proposed connection system has superior performances. Despite having differences of cross beam length and joint connection type, the stable flexural behavior was shown in all of the tested specimens. Also, the behaviors of PSC girders and upper slabs connected by the proposed method showed superior performance. Moreover, the improvement of structure performance according to the increase of length of cross beams has been verified.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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