The behavior of pavement and waterproofing layer on the steel bridge deck system under traffic loading was analyzed using a finite element method in this paper. In the finite element analysis, the othotropic steel bridge deck is represented by equivalent plate using solid element instead of shell element and the interface is assumed perfect bonding state. The effects of several parameters such as thickness of deck, Young's modulus of deck, thickness of pavement, different braking loading, and temperature on the stresses and strain in the interface are investigated for bridge deck pavement. The shear stress of waterproof layer increases with decrease of bridge deck thickness and stiffness. The change of shear stress is negligible when the bridge deck thictaess is greater than 150mm and stiffness is greater than $2{\times}10^{5}MPa$. As the pavement thickness and temperature decrease, the shear stress in the waterproof layer tends to be increased. The tensile strain at the bottom asphalt layer decreases as the temperature and thickness increase.
Recently, more and more steel-deck structural system for two story roads has been adopted as a solution against traffic congestion in urban area, mainly because of fast construction, reduced self-weight, higher stiffness and efficient erection compared to that of concrete decks. The main objective is to study on the unit-elective optimal type and proportioning of a rational steel-deck system for two story roads using an optimum design program specifically developed for steel-deck systems. The objective function for the optimization is formulated as a minimum cost design problem. The behavior and design constraints are formulated based on the ASD(Allowable Stress Design) criteria of the Korean Bridge Design Code. The optimum design program developed in this study consists of two steps - the first step for the optimization of the steel box or plate girder viaducts, and the second step for the optimum design of the steel-decks with closed or open ribs. A grid model is used as a structural analysis model for the optimization of the main girder system, while the analysis of the deck system is based on the Pelican-Esslinger method. The SQP(Sequential Quadratic Programming) is used as the optimization technique for the constrained optimization problem. By using a set of application examples, the rational type related to the optimized steel-deck system designs is investigated by comparing the cost effectiveness of each type. Based on the results of the investigation it may be concluded that the optimal linear box girder and deck system with closed ribs may be utilized as one of the most rational and economical viaducts in the construction of two-story roads.
In a steel structural system, noncomposite form deck one-way slab is the plate element supported by four-edged steel beams with unequaled stiffness. However, design criterion has analyzed the one-way slab as the continuous beam. Because the end beams that support the one-way slab have elastic supports t hat cause different deflections according to the support conditions and locations, the bending moments corresponding to the support ic support effect is not considered in the design criterion. Accordingly, to conduct a reasonable estimation of approximate moment coefficients considering the unequaled elastic support conditions, this study analyzes and estimates various models with varia bles for the ratios of live load to dead load and pattern arangements of live loads and span lengths. The analytical methods considering the finite three-dimensional plate element, the two-dimensional elastic support and the infinite stifnes suport are performed.
The prediction of the dynamic response of a bridge resulting from passing vehicles across the span is a significant problem in bridge design. In this paper. the static and dynamic experiments are performed to understand the dynamic behavior of an actual two-span steel plate girder bridge. The road surface roughness of the roadway and bridge deck is directly measured by Intelligent Total Station. Numerical scheme to obtain the dynamic responses of the bridges in consideration of measuring road surface roughness and 3-D vehicle model is also presented. The bridge and vehicle are modeled as 3-D bridge and vehicle model, respectively. The main girder and concrete deck are modeled as beam and shell elements, respectively and rigid link is used for the structure between main girder and concrete deck. Bridge-vehicle interaction equations are derived and the impact factors of the responses for different vehicle speeds are calculated and compared with those predicted by several foreign specifications.
Subhani, Mahbube;Kabir, Muhammad Ikramul;Al-Amer, Riyadh
Steel and Composite Structures
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v.34
no.1
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pp.91-105
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2020
Steel-concrete composite beam with profiled steel sheet has gained its popularity in the last two decades. Due to the ageing of these structures, retrofitting in terms of flexural strength is necessary to ensure that the aged structures can carry the increased traffic load throughout their design life. The steel ribs, which presented in the profiled steel deck, limit the use of shear connectors. This leads to a poor degree of composite action between the concrete slab and steel beam compared to the solid slab situation. As a result, the shear connectors that connects the slab and beam will be subjected to higher shear stress which may also require strengthening to increase the load carrying capacity of an existing composite structure. While most of the available studies focus on the strengthening of longitudinal shear and flexural strength separately, the present work investigates the effect of both flexural and longitudinal shear strengthening of steel-concrete composite beam with composite slab in terms of failure modes, ultimate load carrying capacity, ductility, end-slip, strain profile and interface differential strain. The flexural strengthening was conducted using carbon fibre reinforced polymer (CFRP) or steel plate on the soffit of the steel I-beam, while longitudinal shear capacity was enhanced using post-installed high strength bolts. Moreover, a combination of both the longitudinal shear and flexural strengthening techniques was also implemented (hybrid strengthening). It is concluded that hybrid strengthening improved the ultimate load carrying capacity and reduce slip and interface differential strain that lead to improved composite action. However, hybrid strengthening resulted in brittle failure mode that decreased ductility of the beam.
This paper provides the results of the study on the structural behavior of the composite metal deck slab system. The experimental study on composite slabs with trapezoidal and inverse-triangle-top-flange deckplate result, it was found that the geometry of the cross-section was more important than any other factors to ensure the composite action of deck slabs. Hence the inverse-triangle-top-flange of closed box was more effective on the shear slip and deflection than the trapezoidal deck of open shape. These results show that the continuing development of composite deck plate must consider importantly the geometry of the deck. The experimental results were compared with established formulas and were analysed to advance a theory on composite slabs using deckplates.
Kim, Sung-Bae;Kim, Sung-Jin;Seo, Dong-Min;Kim, Sang-Seup
Journal of the Korea Concrete Institute
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v.20
no.1
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pp.117-125
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2008
In the domestic construction industry field nowadays, the usage of deck plates is currently increasing due to the lack of construction workers and the rised in construction cost. However, using deck plates manufactured by thin zinc galvanization in underground structures is criticised because it can lead to increase in maintenance cost caused by rust generation and water leakage. As a solution for this particular problem, deck plates created by Lath and Mortar instead of zinc galvanized steel sheets were developed. This paper deals with the experimental study on flexural behavior of deck plate using metal lath and mortar. Seventeen fullscale specimens were constructed and tested with different type of truss, the diameter of the top and bottom bar, and the thickness of slab. Tests results show that LAMO deck displayed equal performance such as zinc galvanized steel sheets.
Kim, In-Gyu;Ma, Hyang-Wook;Oh, Hyun-Chul;Kim, Young-Jin
Proceedings of the Korea Concrete Institute Conference
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2008.04a
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pp.137-140
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2008
Minimizing the girder number and appling the long span deck of plate girder bridge is the main factors in the practical and economic design of the Twin Steel Girder Bridge. Therefore, it is important to verify the ability of the long span concrete deck. In this paper, to improve the problem, the precast concrete full depth deck has been used instead of cast-in-place concrete deck. The precast concrete full depth deck having longitudinal and transverse prestress is efficient to design of the long span concrete slabs. This paper introduces the design concept of Twin Steel Bridge using the precast concrete full depth deck and applied design case.
Eom, Chul Hwan;Kim, Hee Cheul;Park, Jin Young;Seo, Sang Hoon
KIEAE Journal
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v.7
no.5
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pp.143-148
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2007
The application of metal deck floor system is increasing gradually and especially for office buildings. In the cases of large parking structures and storage structures, the construction period and the cost can be reduced. Also the steel deck system can prevent the crack of a floor and reduce the retrofit expenses. However, the floor should stand for the repeated truck load which is relatively heavier repeated loading. The mechanical behavior of a slab under repeated load is also different from the static loading state. An evaluation of a structural capacity was performed in this study through the dynamic capacity evaluation experiment for an application of a composite deck floor system as a parking structure slab. The period of repeated loadings were set up as 25years and 960,000 times monotone cyclic loads were applied at the center of the specimens. The tension crack propagation and patterns at the center of specimens were examined.
This study was conducted to improve the design and construction technique of orthotropic steel-deck bridges. After conducting an F.E.M. analysis of the various rib types of the connection details, static and fatigue tests were conducted, using a three-dimensional, full-scaled, orthotropic, steel-deck-plate model with internal diaphrams, to check the fatigue strength depending on the types of details. The model structure was made of two types of longitudinal ribs: the domestic standard and the European rabbit types. The fatigue strength of the steel-deck system was found to have improved through the installation of an internal diaphram, as no cracks were found on the bottom round part of the scallop with a diaphram. There were no differences between the domestic and the European types of details in terms of strength may be partially influenced by the shape of the scallop and by the installation of an internal diaphram, but it can be improved more significantly according to the quality of the welding that will be done.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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