KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.26
no.1A
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pp.155-162
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2006
This study presents the seismic risk assesment for an extradosed bridge with seismic isolators of lead rubber bearings(LRB). First, the seismic vulnerability of a structure and then the seismic hazard of the site are evaluated using earthquake data set and seismic hazard map in Korea, and then the seismic risk of the structure is assessed. The nonlinear seismic analyses are carried out to consider plastic hinges of bridge columns and nonlinear characteristics of soil foundation. The ductility demand is adopted to describe the nonlinear behavior of a column, and the moment-curvature curve of a column is assumed to be bilinear hysterestic. The fragility curves are represented as a log-normal distribution function for column damage, movement of superstructure, and cable yielding. And seismic hazard is estimated using the available seismic hazard maps. The results show that the effectiveness of the seismic isolators for the columns is more noticeable than those for cables and girders, in seismic isolated extradosed bridges under earthquakes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.5A
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pp.447-456
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2009
The design comparison and flexural reliability analysis of continuous span composite plate girder bridges are performed. The girders are designed by the methods of allowable stress design (ASD) and load and resistance factor design (LRFD). For the LRFD design, the design specification under development mainly by KBRC, based on AASHTO-LRFD specification in case of steel structures, is applied with the newly proposed design live load which has been developed by analyzing domestic traffic statistics from highways and local roads. For the ASD based design, the current KHBDC code with DB-24 and DL-24 live loads is used. The longest span length for the 3-span continuous bridges with span arrangement ratio of 4:5:4 is assumed to be from 30 m to 80 m. The amount of steel, performance ratios, and governing design factors for the sections designed by the ASD and LRFD methods are compared. In the reliability analysis for the flexural failure of the sections designed by two methods, the statistical properties on flexural resistance based on the yield strength statistics for over 16,000 domestic structural steel samples are applied.
There are numerous structural details (Longitudinal beam, web plate, U-ribs and I-ribs) in the top and bottom plates of steel box girders, which have significant influences on the longitudinal stress (normal stress) distribution. Clarifying the influence of these structural details on the normal stress distribution is important. In this paper, the ultra-wide steel box girder with large cantilevers of the Jinhai Bridge in China, which is the widest cable-stayed bridge in the world, has been analyzed. A 1:4.5 scale laboratory model of the steel box girder has been manufactured, and the influence of structural details on the normal stress distribution in the top and bottom plates for four different load cases has been analyzed in detail. Furthermore, a three-dimensional finite element model has been established to further investigate the influence regularity of structural details on the normal stress. The experimental and finite element analysis (FEA) results have shown that different structural details of the top and bottom plates have varying effects on the normal stress distribution. Notably, the U-ribs and I-ribs of the top and bottom plates introduce periodicity to the normal stress distribution. The period of the influence of U-ribs on the normal stress distribution is the sum of the single U-rib width and the U-rib spacing, and that of the influence of I-ribs on the normal stress distribution is equal to the spacing of the I-ribs. Furthermore, the same structural details but located at different positions, will have a different effect on the normal stress distribution.
In this study, a new type of isolation bearing is proposed by combining S-shaped steel plate dampers (SSDs) with a spherical steel bearing, and the seismic control effect of a five-span standard high-speed railway bridge is investigated. The advantages of the proposed S-shaped steel damping friction bearing (SSDFB) are that it cannot only lengthen the structural periods, dissipate the seismic energy, but also prevent bridge unseating due to the restraint effectiveness of SSDs in the large relative displacements between the girders and piers. This study first presents a detailed description and working principle of the SSDFB. Then, mechanical modeling of the SSDFB was derived to fundamentally define its cyclic behavior and obtain key mechanical parameters. The numerical model of the SSDFB's critical component SSD was verified by comparing it with the experimental results. After that, parameter studies of the dimensions and number of SSDs, the friction coefficient, and the gap length of the SSDFBs were conducted. Finally, the longitudinal seismic responses of the bridge with SSDFBs were compared with the bridge with spherical bearing and spherical bearing with strengthened shear keys. The results showed that the SSDFB can not only significantly mitigate the shear force responses and residual displacement in bridge substructures but also can effectively reduce girder displacement and prevent bridge unseating, at a cost of inelastic deformation of the SSDs, which is easy to replace. In conclusion, the SSDFB is expected to be a cost-effective option with both multi-stage energy dissipation and restraint capacity, making it particularly suitable for seismic isolation application to high-speed railway bridges.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.10
no.1
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pp.205-215
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2006
In this study 3-D shell FEM model was applied to analyze the behavior of curved steel box girders stiffened by diaphragms. The reliability of the analytical method has been proved by comparing with the existing results. It was also found from this analysis that main factors affecting a distortional stress are length of a girder, curvature of the girder, and spacing of diaphragms. A modelled bridge with 30m of span length and 40m of radius was analyzed to find an optimum spacing of diaphragm, and as a result of applying different spacings, 5m was found to be most appropriate to control the stress ratio regulated by specifications. In the effect of diaphragm shape, the rhamen-typed diaphragm is found to be more effective than the fully filled-up one in the range of opening ratio of 0.4 to 0.6. But, the fully filled-up diaphragm had more efficiency in terms of reducing the distortional stress than X-truss typed diaphragm.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.11
no.1
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pp.77-84
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2007
In this paper presented, a design method of sandwich slab bridge of simple supported made by composite materials. Many of the bridge systems, including the girders and cross-beams, and concrete decks behave as the special orthotropic plates. Such systems with sections, boundary conditions other than Navier or Levy solution types, or with irregular cross sections, analytical solution is very difficult to obtain. Thus, Finite Difference Method is used for analysis of the pertinent problem. For the design of bridge made by the composite materials, cross-section is used the form-core shape because of this shape is economical and profitable, and for output of the stress value used F.D.M. Based the experimental of a composite specialist, an equation expressing the rate of decrease of tensile strength of glass fibers based on increase of mass was obtained. From these equations, one can estimate the rate of tensile strength reduction due to increased size. Tasi-Wu failure criterion for stress space is used. Strength-failure analysis procedure, using these reduced tensile strength, is presented.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.13
no.3
s.55
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pp.101-109
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2009
An algorithm is proposed for estimating dynamic displacements of a bridge by using FBG sensors and by superposing some measurable low modes. Modal displacements are obtained from the beam theory and the generalized coordinates are deduced from the strains measured by FBG sensors. By considering flexural and torsional modes occurred in bridges only as flexural modes of a simply supported beam by separating a bridge into multiple girders or parts, the proposed algorithm can be applied to various types of bridges. Guidelines are provided theoretically for determining the number of modes and the number of strain gages to be used. The proposed algorithm has been examined through simulation studies on various types of bridges, laboratory experiments on a model bridge, and field tests on a simple span PC Box girder bridge. Through the simulation study, the effects of the error in the vibration modes and measurement noise on estimating the dynamic displacements are analyzed.
Kim, Sung Jae;Yi, Na Hyun;Kim, Sung Bae;Kim, Jang-Ho Jay
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.5A
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pp.407-415
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2010
In Korea, more than 90% of the total number of steel bridges built for 40~70 m span length is a steel box-girder bridge type. A steel box-girder bridge is suitable for long span or curved bridges with outstanding flexural and torsional rigidity as well as good constructability and safety. However, a steel box-girder bridge is uneconomical, requiring many secondary members and workmanship such as stiffeners and ribs requiring welding attachments to flanges or webs. Therefore, in US and Japan, a plate girder bridge, which is relatively cheap and easy to construct is generally used. One type of the plate girder bridge is the two- or three-main girder plate bridge, which is a composite plate girder bridge that minimizes the number of required main girders by increasing the distance between the adjacent girders. Also, for the simplification of girder section, the stiffener which requires attachment to the web is not required. The two-main steel girder plate bridge is a representative type of plate girder bridges, which is suitable for bridges with 10 m effective width and has been developed in the early 1960s in France. To ensure greater safety of two- or three-main girder plate bridges, a larger steel section is used in the bridge domestically than in Europe or Japan. Also, the total number of two- or three-main girder plate bridge constructed in Korea is significantly less than the steel box girder bridge due to a lack of designers' familiarity with more complex design detailing of the bridge compare to that of a steel box girder bridge design. In this study, a new construction method called Turn Over method is proposed to minimize the steel section size used in a two- or three-main girder plate bridge by applying prestressing force to the member using confining concrete section's weight to reduce construction cost. Also, a full scale 20 m Turn Over girder specimen and a Turn Over girder bridge specimen were tested to evaluate constructability and structural safety of the members constructed using Turn Over process.
Purpose: The dynamic behavior of a bridge structure under seismic loading depends on many uncertainties, such as the nature of the seismic waves and the material and geometric properties. However, not all uncertainties have a significant impact on the dynamic behavior of a bridge structure. Since probabilistic seismic performance evaluation considering even low-impact uncertainties is computationally expensive, the uncertainties should be identified by considering their impact on the dynamic behavior of the bridge. Therefore, in this study, a global sensitivity analysis was performed to identify the main parameters affecting the dynamic behavior of bridges with I-curved girders. Method: Considering the uncertainty of the earthquake and the material and geometric uncertainty of the curved bridge, a finite element analysis was performed, and a surrogate model was developed based on the analysis results. The surrogate model was evaluated using performance metrics such as coefficient of determination, and finally, a global sensitivity analysis based on the surrogate model was performed. Result: The uncertainty factors that have the greatest influence on the stress response of the I-curved girder under seismic loading are the peak ground acceleration (PGA), the height of the bridge (h), and the yield stress of the steel (fy). The main effect sensitivity indices of PGA, h, and fy were found to be 0.7096, 0.0839, and 0.0352, respectively, and the total sensitivity indices were found to be 0.9459, 0.1297, and 0.0678, respectively. Conclusion: The stress response of the I-shaped curved girder is dominated by the uncertainty of the input motions and is strongly influenced by the interaction effect between each uncertainty factor. Therefore, additional sensitivity analysis of the uncertainty of the input motions, such as the number of input motions and the intensity measure(IM), and a global sensitivity analysis considering the structural uncertainty, such as the number and curvature of the curved girders, are required.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.5
no.4
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pp.75-86
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1985
A beam with web opening may reduce the cost of steel and the height of multistory steel buildings. Bower's analysis based on the theory of elasticity and Vierendeel analysis had evaluated the normal stresses around the holes, but these analyses have difficulties for practical uses because of complexity and the limitation for their application. In this study, it is shown that the finite element method, using smaller number of isoparametric elements by taking only a part of the beam which includes the hole, can diminish defects of the above two methods and it may represent more satisfactorily the distribution of the local stress concentration around the hole than the other methods which employed linear elements such as in the analysis by Samuel or Redwood. This study presents the effects of moments, shears, and eccentricities of a hole on the distribution of the normal stresses calculated by using the proposed finite element method. Consequently, it is found that the variations of shear force and hole depth give significant effects on the normal stresses around a hole, while the variations of eccentricities of the hole provide a little effect on them. The regression coefficients resulted from the multiple linear regression may be used for estimating the normal stresses around any arbitrary hole in the web of a beam, since the normal stresses guessed by this regression coefficient equation match well the results by the finite element method except the case of large eccentricity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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