Fahmy, Ezzat H.;Shaheen, Yousry B.I.;Abdelnaby, Ahmed Mahdy;Abou Zeid, Mohamed N.
International Journal of Concrete Structures and Materials
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v.8
no.1
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pp.83-97
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2014
This paper presents the results of an investigation aimed at developing reinforced concrete beams consisting of precast permanent U-shaped reinforced mortar forms filled with different types of core materials to be used as a viable alternative to the conventional reinforced concrete beam. To accomplish this objective, an experimental program was conducted and theoretical model was adopted. The experimental program comprised casting and testing of thirty beams of total dimensions $300{\times}150{\times}2,000mm$ consisting of permanent precast U-shaped reinforced mortar forms of thickness 25 mm filled with the core material. Three additional typical reinforced concrete beams of the same total dimensions were also cast to serve as control specimens. Two types of single-layer and double-layers steel meshes were used to reinforce the permanent U-shaped forms; namely welded wire mesh and X8 expanded steel mesh. Three types of core materials were investigated: conventional concrete, autoclaved aerated lightweight concrete brick, and recycled concrete. Two types of shear connections between the precast permanent reinforced mortar form and the core material were investigated namely; adhesive bonding layer between the two surfaces, and mechanical shear connectors. The test specimens were tested as simple beams under three-point loadings on a span of 1,800 mm. The behavior of the beams incorporating the permanent forms was compared to that of the control beams. The experimental results showed that better crack resistance, high serviceability and ultimate loads, and good energy absorption could be achieved by using the proposed beams which verifies the validity of using the proposed system. The theoretical results compared well with the experimental ones.
A large number of bridges were built several decades ago, and most of which have gradually suffered serious deteriorations or damage due to the increasing traffic loads, environmental effects, and inadequate maintenance. However, very few studies were conducted to investigate the vibration behaviors of a damaged bridge under moving vehicles. In this paper, the vibration behaviors of such vehicle-bridge system are investigated in details, in which the effects of the concrete cracks and bridge surface roughness are particularly considered. Specifically, two vehicle models are introduced, i.e., a simplified four degree-of-freedoms (DOFs) vehicle model and a more complex seven DOFs vehicle model, respectively. The bridges are modeled in two types, including a single-span uniform beam and a full scale reinforced concrete high-pier bridge, respectively. The crack zone in the reinforced concrete bridge is considered by a damage function. The bridge and vehicle coupled equations are established by combining the equations of motion of both the bridge and vehicles using the displacement relationship and interaction force relationship at the contact points between the tires and bridge. The numerical simulations and verifications show that the proposed modeling method can rationally simulate the vibration behaviors of the damaged bridge under moving vehicles; the effect of cracks on the impact factors is very small and can be neglected for the bridge with none roughness, however, the effect of cracks on the impact factors is very significant and cannot be neglected for the bridge with roughness.
Journal of Korean Tunnelling and Underground Space Association
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v.6
no.4
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pp.279-290
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2004
The differential quadrature method (DQM) for a system of coupled differential equations governing the elastic stability of thin-walled curved members is presented, and is applied to computation of the eigenvalues of out-of-plane buckling of curved beams subjected to uniformly distributed radial loads including a warping contribution. Critical loads with warping, which were found to be significant, are calculated for a single-span wide-flange beam with various end conditions, opening angles, and stiffness parameters. The results are compared with the exact methods available. New results are given for the case of both ends clamped and clamped-simply supported ends without comparison since no data are available The differential quadrature method gives good accuracy and stability compared with previous theoretical results.
A fatigue crack found at the coped stringer of the old dismantled Dangsan Subway Bridge was numerically simulated. A model of a single span of the plate girder bridge with its beam elements was created and analyzed in order to obtain the nominal stress history caused by trains. A detailed FEM analysis of the coped stringer was conducted using a shell element model. A fracture mechanical model was used to estimate crack propagation. The stress intensity factors were calculated using the J-Integral method. The simulation with some reasonable assumptions showed that the calculated crack lengths were comparable to those found on the site.
The pile group foundation is widely used for gravity pier of high-speed railway bridges in China. If a moderate or strong earthquake occurs, the pile-surrounding soil will exhibit obvious nonlinearity and significant pile group effect. In this study, an improved pushover analysis model for the pile group foundation with consideration of pile group effect is presented and validated by the quasi-static test. The improved model uses simplified springs to simulate the soil lateral resistance, side friction and tip resistance. PM (axial load-bending moment) plastic hinge model is introduced to simulate the impact of the axial force changing of pile group on their elastic-plastic characteristics. The pile group effect is considered in stress-stain relations of the lateral soil resistance with a reduction factor. The influence factors on nonlinear characteristics and plastic hinge distribution of the pile group foundation are discussed, including the pier height, longitudinal reinforcement ratio and stirrup ratio of the pile, and soil mechanical parameters. Furthermore, the displacement ductility factor, resistance increase factor and yielding stiffness ratio are provided to evaluate the seismic performance of soil-pile system. A case study for the pile group foundation of a railway simply supported beam bridge with a 32 m-span is conducted by numerical analysis. It is shown that the ultimate lateral force of pile group is not determined by the yielding force of the single one in these piles. Therefore, the pile group effect is essential for the seismic performance evaluation of the railway bridge with pile group foundation.
Recently, Appendix A of ACI 318∼02 Code introduced the Strut-and-Tie Model(STM) procedure in shear design of deep flexural members. The STM procedure is widely used in the design of concrete regions where the distribution of longitudinal strains is significantly nonlinear, such as deep beams, beams with large openings, corbels, and dapped-end beams. Experimental study included five high-strength reinforced concrete deep beams with different detailing schemes for the horizontal and vertical reinforcement. The specimens were designed as simply supported beams subjected to concentrated loads on the top face and supported on the bottom face. At failure, all specimen exhibited primary diagonal crack running from the support region to the point load. Specimens which had mechanical anchorages(terminators) gives better representation of the load-carrying mechanism than the specimen had standard 90-degree anchorage at failure in deep flexural members. Based on the test results, shear design procedures contained in the ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code, CSA A23.3-94 Code and CIRIA Guide-2 were evaluated. The Shear design of ACI 318-99 Code, Appendix A of the ACI 318-02 Code and CIRIA Guide-2 shown to be conservative predictions from 10% to 36% in the shear strength of the single-span deep beam which was tested. ACI 318-99 Code was the lowest standard deviation.
Journal of the Earthquake Engineering Society of Korea
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v.9
no.4
s.44
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pp.19-28
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2005
Long span structures with low natural frequencies such as shopping malls, large offices, and assembly rooms may experience signification dynamic responses due to human activities. In many cases, the group activities are common thing in comparison with the single activity. The purpose of this study is to evaluate the responses of building structure subjected to group human loads using mode shapes. For this purpose, equations to estimate the magnitudes ol responses ol structure subjected to group walking loads are derived. And the correlation of loads is verified for identifying the relation of each human load composing of group human loads using two load cells. The method is proposed for evaluating the responses of structure subjected to group loads using mode shapes and correlation function related to each human loads. The effectiveness ol the proposed method is verified analytically using a simple beam and floor and experimentally on a footbridge measuring the structural response induced by group pedestrians for the case of synchronization or not. Results indicate that the amplitudes of group walking loads can be easily estimated if the mode shapes are available, and that the corresponding structural responses can be estimated easily by the simple response measurement using the proposed method.
Journal of the Computational Structural Engineering Institute of Korea
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v.35
no.6
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pp.375-380
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2022
High-speed railway bridges carry a risk of dynamic response amplification due to resonance caused by train loads, and running safety and riding comfort must therefore be reviewed through dynamic analysis in accordance with design codes. The running safety and ride comfort calculation procedure, however, is time consuming and expensive because dynamic analyses must be performed for every 10 km/h interval up to 110% of the design speed, including the critical speed for each train type. In this paper, a deep-learning-based prediction system that can predict the running safety and ride comfort in advance is proposed. The system does not use dynamic analysis but employs a deep learning algorithm. The proposed system is based on a neural network trained on the dynamic analysis results of each train and speed of the railway bridge and can predict the running safety and ride comfort according to input parameters such as train speed and bridge characteristics. To confirm the performance of the proposed system, running safety and riding comfort are predicted for a single span, straight simple beam bridge. Our results confirm that the deck vertical displacement and deck vertical acceleration for calculating running safety and riding comfort can be predicted with high accuracy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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