Bridge fire hazard has become a growing concern over the last decade due to the rapid increase of ground transportation of hazardous materials and resulting fire incidents. The lack of fire safety provisions in steel bridges can be a significant issue owing steel thermal properties that lead to fast degradation of steel properties at elevated temperatures. Alternatively, the development of composite action between steel girders and concrete decks can increase the fire resistance of steel bridges and meet fire safety requirements in some applications. This paper reviews the fire problem in steel bridges and the fire behavior of composite steel-concrete bridge girders. A numerical model is developed to trace the fire response of a typical bridge girder and is validated using measurements from fire tests. The selected bridge girder is composed by a hot rolled steel section strengthened with bearing stiffeners at midspan and supports. A concrete slab sitting on the top of the girder is connected to the slab through shear studs to provide full composite action. The validated numerical model was used to investigate the fire resistance of real scale bridge girders and the effect of the composite action under different scenarios (standard and hydrocarbon fires). Results showed that composite action can significantly increase the fire resistance of steel bridge girders. Besides, fire severity played an important role in the fire behavior of composite girders and both factors should be taken into consideration in the design of steel bridges for fire safety.
Traffic decks of steel or composite motorway bridges sometimes provide the opportunity of using the composite action between an existing steel deck and a reinforced concrete plate (RC plate) in the process of rehabilitation, i.e., to increase the load-carrying capacity of the deck for concentrated traffic loads. The steel decks may be orthotropic decks or also unstiffened steel plates, which during the rehabilitation are connected with the RC plate by shear studs, such developing an improved local load distribution by the joint behaviour of the two plate elements. Investigations carried out, both experimentally and numerically, were performed in order to quantitatively assess the combined static behaviour and to qualitatively verify the usability of the structure for dynamic loading. The paper reports on the testing, the numerical simulation as well as the comparison of the results. Conclusions drawn for practical design indicated that the static behaviour of these structures may be very efficient and can also be analysed numerically. Further, the results gave evidence of a highly robust behaviour under fatigue equivalent cyclic traffic loading.
Unterweger, Harald;Lechner, Andreas;Greiner, Richard
Steel and Composite Structures
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제11권1호
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pp.1-19
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2011
The introduction of the Eurocodes makes plastic design criteria available also for composite bridges, leading to more economical solutions compared with previous elastic design rules. Particularly for refurbishment old bridges with higher actual traffic loads, up to date outside the scope of the Eurocodes, strengthening should therefore be avoidable or at least be necessary only to a minor extent. For bridges with smaller spans and compact cross sections, the plastic load bearing capacity is clearly justified. In this work, however, the focus is placed on long span continuous composite bridges with deep, longitudinally stiffened girders, susceptible to local buckling. In a first step, the elastic - plastic cross section capacity of the main girder in bending is studied as an isolated case, based on high preloads acting on the steel girder only, due to the common assembling procedure without scaffolding. In a second step, the effects on the whole structure are studied, because utilising the plastic section capacity at midspan leads to a redistribution of internal forces to the supports. Based on the comprehensive study of an old, actual strengthened composite bridge, some limitations for plastic design are identified. Moreover, fully plastic design will sometimes need additional global analysis. Practical recommendations are given for design purposes.
This paper presents a master-slave constraint method, which may substitute the conventional transformed-section method, to account for the changes in cross-sectional properties of composite members during construction and to investigate the time-dependent performance of steel-concrete composite bridges. The time-dependent effects caused by creep and shrinkage of concrete are considered by combining the age-adjusted effective modulus method and finite element analysis. An efficient computational tool which runs in AutoCAD environment is developed to simulate the construction process of steel-concrete composite bridges. The major highlight of the developed tool consists in a very convenient and user-friendly interface integrated in AutoCAD environment. The accuracy of the proposed method is verified by comparing its results with those provided by using the transformed-section method. Furthermore, the computational efficiency of the developed tool is demonstrated by applying it to a steel-concrete composite bridge.
강합성거더 교량의 단면은 강거더와 콘크리트 슬래브의 합성정도에 따라 각각 비합성, 부분합성 그리고 완전합성 단면들로 구분 할 수 있다. 국내의 경우 강합성거더 교량의 단면을 합성시키기 위하여 일반적으로 전단 연결재 중 스터드를 사용하도록 규정하고 있고, 진단 연결재가 없는 경우 즉 비합성 단면의 경우에는 바닥판 앵커를 설치하도록 경험적으로 규정하고 있다. 그러나 바닥판 앵커를 사용한 단면의 실제 거동은 비합성 거동이 아닌 부분합성의 거동을 나타낸다. 그러한 이유로 본 연구에서는 바닥판 앵커를 사용한 플레이트거더교의 부분합성에 관한 해석 및 실험연구를 수행하였다. 실험연구를 통해서 바닥판 앵커의 초기강성을 산정하였고, 해석연구를 통해서 바닥판 앵커를 사용한 단순 및 2경간 연속 플레이트거더교의 합성정도를 비교$\cdot$분석하였다. 또한, 실험에 의해 산정된 강성 값에 근거하여, 2경간 연속 플레이트거더교에 바닥판 앵커를 적용하였을 때 발생할 수 있는 내부지점부 콘크리트의 인장응력 저감 효과를 검토하였다.
Korea and Japan have done a lot of research on composite girders with corrugated steel webs and built many bridges with corrugated steel webs due to the significant advantages of this type of bridges. Considering the demanding on the calculation method of such types of bridges and lack of relevant reinforcement design method, this paper proposes the spatial grid analysis theory and tensile stress region method. First, the accuracy and applicability of spatial grid model in analyzing composite girders with corrugated steel webs was validated by the comparison with models using shell and solid elements. Then, in a real engineering practice, the reinforcement designs from tensile stress region method based on spatial grid model, design empirical method and specification method are compared. The results show that the tensile stress region reinforcement design method can realize the inplane and out-of-plane reinforcement design in the top and bottom slabs in bridges with corrugated steel webs. The economy and precision of reinforcement design using the tensile stress region method is emphasized. Therefore, the tensile stress region reinforcement design method based on the spatial grid model can provide a new direction for the refined design of composite box girder with corrugated steel webs.
The paper focuses on dynamic analyses of a series of simply-supported symmetric composite steel-concrete bridges loaded by an ICE-3 train moving at high speeds up to 300 km/h. The series includes five bridges with span lengths ranging from 15 m to 27 m, with repeatable geometry of the superstructures. The objects, designed according to Polish standards valid from 1980s to 2010, are modelled on the bridges serviced on the Central Main Line in Poland since 1980s. The advanced, two-dimensional, physically nonlinear model of the bridge-track structure-high-speed train system takes into account unilateral nonlinear wheel-rail contact according to Hertz's theory and random vertical track irregularities equal for both rails. The analyses are focused on the influence of random track irregularities on dynamic response of composite steel-concrete bridges loaded by an ICE-3 train. It has been pointed out that certain restrictions on the train speed and on vertical track irregularities should be imposed.
Baloevic, Goran;Radnic, Jure;Grgic, Nikola;Matesan, Domagoj;Smilovic, Marija
Coupled systems mechanics
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제5권1호
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pp.1-20
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2016
This paper firstly briefly describes developed numerical model for both static and dynamic analysis of planar structures made of concrete, steel and masonry. The model can simulate the main nonlinearity of such individual and composite structures. The model is quite simple and based on a small number of material parameters. After that, three real composite concrete-steel-masonry bridges were analyzed using the presented numerical model. It was concluded that the model can be useful in practical analysis of composite bridges. However, future verifications of the presented numerical model are desirable.
Steel -Concrete Composite two girder railway bridges applying high performance steel with extra thick plate have economic and aesthetic advantages due to the simplification of manufacturing and construction process. However, steel bridges are seldom adopted in domestic railway bridge, since steel bridges are not efficient as R.C bridges considering dynamic characteristics and noise, etc. While highway bridges do not have lower horizontal bracing and larger interval of diaphragm cross beam, railway bridges install lower horizontal bracings to control the torsion due to heavy eccentrical line load. Accurate finite element analysis were performed with the parameters of existence of bracing and bracing shape, with the cross beam interval and stiffness, etc. To find out the effects of secondary members such as horizontal bracings and diaphragms, static md dynamic analysis have been performed by using finite element method. In this study, few member plate-girder bridges are analyzed with variable span lengths to examine the dynamic behavior and limits of damping. And though lateral bracings are members against torsion, but lateral bracing's absence is no big problem. Time history analysis using mode superposition method makes proof of this result.
Steel lining board usually is used as a floor on the temporary steel bridges. It also is installed in the subway construction site. However, in particular in subway construction, renovations and site of old bridges, these steel lining board structures have a problem such as noise, accidents and slip hazards. So steel composite lining board is being developed to solve this problem. Steel composite lining board consists of compressive concrete showing excellent performance in slip, durability, resistance and noise, lower tensile and shear steel showing high safety, effective and superior workability in many respects. Steel composite lining board structure gradually is used in many construction sites, because it has a high quality such as durability, little noise and slip. In this study, flexural tests of steel composite lining board in accordance with welding patterns were conducted to compare the performance of the structure.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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