The paper presents a review of the application of the newly proposed mixed finite element model for seismic simulation of different types of composite frame structures. To evaluate the performance of the element, a comparison with displacement-based and force-based models is conducted. The study revealed that the mixed model is superior to the others in terms of both speed of convergence and numerical stability, and is therefore considered the most practical approach for modeling of composite structures. In this model, the element is derived using independent force and displacement shape functions. The nonlinear response of the frame element is based on the section discretization into fibers with uniaxial material models. The interfacial behavior is modeled using an inelastic interface element. Numerical examples to clarify the advantages of the model are presented for the following structural applications: anchored reinforcing bar problems, composite steel-concrete girders with deformable shear connectors, beam on elastic foundation elements, R/C girders strengthened with FRP sheets, R/C beam-columns with bond-slip, and prestressed concrete girders. These studies confirmed that the model represents a major advancement over existing elements in simulating the inelastic behavior of composite structures.
Kim, Ki-Yong;Song, Ha-Won;Kim, Ho-Jin;Byun, Keun-Joo;Kim, Yon-Soo
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2004.05a
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pp.524-527
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2004
Recently, precast concrete products have been increasingly used in the construction of bridges except for special bridges like long-span bridge due to their easy and high-quality construction. Specially the use of precast prestressed concrete hollow box slab bridges is also increased due to the merits in their construction. Thus, an experimental evaluation of flexural behavior of the precast PSC hollow box slab bridges and a development of effective analytical technique for the behavior are necessary. For the development, experimental study on the flexural behavior of the precast bridges up to ultimate states is needed. In this study, two full-scale precast PSC hollow box slab girders are manufactured and full-scale flexural failure tests of the girders subjected to cyclic loading are carried out. For the failure analysis of the girders, the so-called volume control method is applied to finite element analysis of the precast PSC hollow box slab girders discretized using multi-layered shell elements. The analytical results by the volume control method is verified by comparing with test results.
Continuous deep girders which transmit the gravity load from the upper wall to the lower columns have frequently long end shear spans between the boundary of the upper wall and the face of the lower column. This paper presents the results of tests and analyses performed on three 1:2.5 scale specimens with long end shear spans, (the ratios of shear-span/total depth: 1.8 < a/h < 2.5): one designed by the conventional approach using the beam theory and two by the strut-and-tie approach. The conclusions are as follows: (1) the yielding strength of the continuous RC deep girders is controlled by the tensile yielding of the bottom longitudinal reinforcements, being much larger than the nominal strength predicted by using the section analysis of the girder section only or using the strut-and-tie model based on elastic-analysis stress distribution. (2) The ultimate strengths are 22% to 26% larger than the yielding strength. This additional strength derives from the strain hardening of yielded reinforcements and the shear resistance due to continuity with the adjacent span. (3) The pattern of shear force flow and failure mode in shear zone varies depending on the amount of vertical shear reinforcement. And (4) it is necessary to take into account the existence of the upper wall in the analysis and design of the deep continuous transfer girders that support the upper wall with a long end shear span.
As a vehicle moves on multiple equal-span beams at constant speed, the running vehicle would be subjected to repetitive excitations from the beam vibrations under it. Once the exciting frequency caused by the vibrating beams coincides with any of the vehicle's frequencies, resonance would take place on the vehicle. A similar resonance phenomenon occurs on a beam subject to sequential moving loads with identical axle-intervals. To reduce both resonant phenomena of a vehicle moving on guideway girders, this study proposed an additional feedback controller based the condensed virtual dynamic absorber (C-VDA) scheme. This condensation scheme has the following advantages: (1) the feedback tuning gains required to adapt the control currents or voltages are directly obtained from the tuning forces of the VDA; (2) the condensed VDA scheme does not need additional DoFs of the absorber to control the vibration of the maglev-vehicle/guideway system. By decomposing the maglev vehicle-guideway coupling system into two sub-systems (the moving vehicle and the supporting girders), an incremental-iterative procedure associated with the Newmark method is presented to solve the two sets of sub-system equations. From the present studies, the proposed C-VDA scheme is a feasible approach to suppress the interaction response for a maglev vehicle in resonance moving on a series of guideway girders.
International Journal of Naval Architecture and Ocean Engineering
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v.9
no.6
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pp.705-719
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2017
Progressive Collapse Method (PCM) has been broadly applied to predict moment-carrying capacity of a hull girder, however accuracy of PCM has not been much studied. Accuracy of PCM is known to be dependent on how Load-Shortening and -Elongation (LSE) curve of a structural units are well predicted. This paper presents a new procedure to determine LSE datum based on box girder Finite Element Analyses (FEAs) instead of using finite element model of stiffened panels. To verify reliability of FEA results, the simple box girder collapse test results are compared with FEA results of same box girders. It reveals one frame-based box girder model is sufficiently accurate in terms of ultimate strengths of the box girders. After extracting LSE data from the box girders, PCM-based moment-carrying capacities are compared with those from FEAs of the box girders. PCM results are found to be equivalent to FEAs in terms of moment-carrying capacity if accurate LSE data are secured. The new procedure is applied to well-known 1/3 scaled frigate full section. Very excellent moment-carrying capacity of frigate hull section is obtained from PCM with LSE data from box girder FEAs.
Kim, Sung-Il;Cho, Jae-Yeol;Yeo, In-Ho;Lee, Hee-Up;Bang, Choon-Seok
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2006.05a
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pp.98-101
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2006
As an alternative of conventional prestressed concrete (PSC) girders, various types of PSC girders are being developed and applied in bridge structures. Incrementally prestressed concrete girder is one of these newly developed girders. According to design concept, these new types of PSC girders have considerable advantages to reduce their self-weight and make spans longer. However, dynamic interaction between bridge superstructures and passing trains would be sometimes one of critical issues in these more flexible railway bridges. Therefore, it is very important to evaluate modal parameters of newly designed bridges before conducting dynamic analyses. In the present paper, a 25 meters long full scale PSC girder was fabricated as a test specimen and modal testing was carried out to evaluate modal parameters including natural frequencies and modal damping ratios at every prestressing stage. In the modal testing, a digitally controlled vibration exciter as well as an impact hammer is applied to obtain frequency response functions more exactly and the modal parameters are evaluated varying with construction stages. Prestressed force effects on changes of modal parameters are analyzed at every incremental prestressing stage.
The use of lattice girder is increased rapidly as a substitute for H-steel ribs at the tunnel sites in Korea. Ground loads acting on the tunnel are supported by shotcrete and lattice girders. To assess the safety of the tunnel, it is essential to obtain field measurements for the lattice girders; however, lattice girder measurements have rarely been performed at tunnel sites, and the method of measurement is not well established. In the present study we suggest a load cell method for the instrumentation of tunnels with lattice girders. Actual measurements of ground loads acting on lattice girders are presented for a specific tunnel under construction.
When a thin-walled multicell box girder is subjected to an eccentric load, the distortion becomes an important global response in addition to flexure and torsion. The three global responses appear in a combined form when a conventional shell element is used thus it is not an easy task to examine the three global responses separately. This study is to propose an analysis method using conventional shell element in which the three global responses can be separately decomposed. The force decomposition method which was designed for a single-cell box girder by Nakai and Yoo is expanded herein to multicell box girders. The eccentric load is decomposed in the expanded method into flexural, torsional, and multimode distortional forces by using the force equilibrium. From the force decomposition, the combined global responses of multicell box girders can be resolved into separate responses and the distortional response which is of primary concern herein can be obtained separately. It is shown from a series of extensive comparative studies using three box girder bridge models that the expanded method produces accurate decomposed results. Noting that the separate consideration of individual global response is of paramount importance for optimized multicell box girder design, it can be said that the proposed expanded method is extremely useful for practicing engineers.
Park, Nam-Hoi;Kang, Young-Jong;Choi, Jin-Yu;Lim, Nam-Hyoung
Structural Engineering and Mechanics
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v.15
no.6
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pp.629-651
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2003
Current design specifications prescribe that the upper and lower reinforcement mat is required in the same amount to resist negative and positive moment in bridge decks. This design concept is primarily based on the unrealistic assumption that the girder plays a role of rigid support against deck deflection. In reality, however, girders are flexible and the deflection of girders affect the behavior of deck slabs. In the present study, an analytical method was developed to take the effect of the girder flexibility on the deck behavior into account. The method was formulated based on the slope-deflection equations of plates and harmonic analysis. Unlike the conventional finite element analysis, the input and output schemes are simple and convenient. The validity of the presented study was verified by a series of comparative studies with finite element analyses and experimental tests. It was shown from the analyses that the negative transverse moments of decks were significantly reduced in many cases when the girder flexibility were appropriately taken into consideration whereas the positive moments tend to increase. This poses a strong need to improve the conventional design concept of decks on rigid girders to those on flexible girders.
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2005.05a
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pp.479-482
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2005
The concrete box girder members are extensively used as a superstructure in bridge construction. The load carrying capacity of concrete box girders in lateral direction is generally influenced by the sizes of haunch and web. The internal upper decks are restrained by the webs and exhibit strength enhancement due to the development of aching action. The current codes do not have generally consider the arching action of deck slab in the design because of complexity of the behavior. However, there are significant benefits in utilizing the effects of arching action in the design of concrete members. The main objective of this paper is to propose a rational method to predict the ultimate load of deck slab by considering various haunch sizes and web restraint effect of concrete box girder bridges. To this end, a comprehensive experimental program has been set up and seven large-scale concrete box girders have been tested. A transverse analysis model of concrete box girders with haunches is proposed and compared with test data. The results of present study indicate that the ultimate strength is significantly affected by haunch dimension. The increase of strength due to concrete arcing action is reduced with an increase of prestressing steel ratio in laterally prestressed concrete box girders and increases with a larger haunch dimension. The proposed theory allows more realistic prediction of lateral ultimate strength for rational design of actual concrete box girder bridges.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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