Gunaydin, Murat;Adanur, Suleyman;Altunisik, Ahmet Can;Sevim, Baris;Turker, Emel
Steel and Composite Structures
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v.17
no.4
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pp.405-429
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2014
In this paper, it is aimed to determine the structural behavior of suspension bridges considering construction stages and different soil conditions. Bosporus Suspension Bridge connecting the Europe and Asia in Istanbul is selected as an example. Finite element model of the bridge is constituted using SAP2000 program considering existing drawings. Geometric nonlinearities are taken into consideration in the analysis using P-Delta large displacement criterion. The time dependent material strength of steel and concrete and geometric variations is included in the analysis. Time dependent material properties are considered as compressive strength, aging, shrinkage and creep for concrete, and relaxation for steel. To emphases the soil condition effect on the structural behavior of suspension bridges, each of hard, medium and soft soils are considered in the analysis. The structural behavior of the bridge at different construction stages and different soil conditions has been examined. Two different finite element analyses with and without construction stages are carried out and results are compared with each other. At the end of the analyses, variation of the displacement and internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge deck and towers are given in detail. Also, displacement and stresses for bridge foundation are given with detail. It can be seen from the analyses that there are some differences between both analyses (with and without construction stages) and the results obtained from the construction stages are bigger. It can be stated that the analysis without construction stages cannot give the reliable solutions. In addition, soil condition have effect on the structural behavior of the bridge. So, it is thought that construction stage analysis using time dependent material properties, geometric nonlinearity and soil conditions effects should be considered in order to obtain more realistic structural behavior of suspension bridges.
In this paper, nonlinear static analysis of three-dimensional cable stayed bridges is performed for the time dependent materials properties such as creep, shrinkage and aging of concrete and relaxation of cable. Manavgat Cable-Stayed Bridge is selected as an application. The bridge located in Antalya, Turkey, was constructed with balanced cantilever construction method. Total length of the bridge is 202 m. The bridge consists of one $\ddot{e}$ shape steel tower. The tower is at the middle of the bridge span. The construction stages and 3D finite element model of bridge are modeled with SAP2000. Large displacement occurs in these types of bridges so geometric nonlinearity is taken into consideration in the analysis by using P-Delta plus large displacement criterion. The time dependent material strength and geometric variations are included in the analysis. Two different finite element analyses carried out which are evaluated with and without construction stages and results are compared with each other. As a result of these analyses, variation of internal forces such as bending moment, axial forces and shear forces for bridge tower and displacement and bending moment for bridge deck are given with detailed. It is seen that construction stage analysis has a remarkable effect on the structural behavior of the bridge.
Journal of the Korean Society for Advanced Composite Structures
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v.4
no.4
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pp.30-36
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2013
Partially earth anchored (PEA) can improve the structural safety and economic feasibility of multiple span cable stayed bridge (CSB). The PEA-CSB can restrain axial compressive load acting on a tower and reduce the global buckling length of a stiffened girder. For these reasons, structural members subject to axial forces can be effectively utilized and material quantity required for a steel deck can be reduced to save construction cost. In this study, the PEA system was verified for its application on a multiple span CSB. The CSB is a four-tower multi-span bridge which has a main span length of 500 m. As high tensile stress was generated at the top of the bridge decks at the mid-span between two main columns, a hybrid deck system for enhancing the bridge deck sections was proposed. While the composite sections made of concrete and steel were used near to the main columns, steel sections were used at the mid-span between two main columns.
Journal of the Korean Society of Hazard Mitigation
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v.8
no.1
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pp.9-14
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2008
In the case of horizontally curved bridges, the use of curved composite box girder bridges are increased due to its functionality and for aesthetical reason. As it compared with the open section, the steel box girder bridges have advantages to resistant of distortion and corrosion. In practice the grid analysis is conducted by utilizing only the cross beam. Since the stiffness of the concrete slab is not included in the grid analysis, the cross beam is induced the distribution of the live load. In this study the affects of the radius of curvature, the number of diaphragm and cross beam to the load distribution of the curved steel box girder bridge was investigated by applying the finite element method. The results indicate that the curvature of curved bridge had a large affect of the load distribution and as the curvature was increased the load distribution factor was increased. A single diaphragm at the center of girder is important role for the load distribution effects and structural stability, but additional diaphragm did not affect it as much. The affects of the cross beam to the load distribution were investigated and its influence was minor. It can be safely concluded that the addition of cross beam does not aid the purpose of the live load distribution. And the stiffness of concrete slab for the load distribution effects should be concerned in the design of curved steel box girder bridges.
The use of high-strength concrete (HSC) in precast concrete segmental bridges (PCSBs) can minimize the superstructure geometry and reduce beam weight, which can accelerate the construction speed. Dry joints between the segments in PCSBs introduce discontinuity and require special attention in design and construction. Cracks in dry joints initiate more easily than those in epoxy joints in construction period or in service. Due to the higher rupture strength of HSC, the higher cracking resistance can be achieved. In this study, shear behavior of dry joints in PCSBs was investigated by experiments, especially focusing on cracking resistance and shear strength of HSC dry joints. It can be concluded that the use of HSC can improve the cracking resistance, shear strength, and ductility of monolithic, single-keyed and three-keyed specimens. The experimental results obtained from tests were compared with the AASHTO 2003 design provisions. The AASHTO 2003 provision underestimates the shear capacity of single-keyed dry joint C50 and C70 HSC specimens, underestimates the shear strength of three-keyed dry joint C70 HSC specimens, and overestimates the shear capacity of three-keyed dry joint C50 HSC specimens.
The evaluation of shear stiffness of shear connection in composite bridges with CIP concrete deck is analysed. Shear stiffness of shear connection in full-depth precast concrete deck bridges is obtained from experiments. 3-dimensional finite element analyses of push-out specimen are carried out to investigate the effects of characteristics of filling material strength in shear connection on shear stiffness and local stress distribution. The load-slip relations obtained from the analyses are compared with those of experiments. The equation of initial shear stiffness of shear connection in precast concrete deck bridge is proposed. Linear analyses are performed to evaluate the effects of the shank diameter of shear connector and the strength of mortar on the characteristics of deterioration and failure load obtained by the failure criterions of each material. The failure loads are estimated and compared with test results.
Prefabrication technologies are making bridge construction safer and less disruptive to the environment and traveling public, making bridge designs more constructible and, improving the quality and durability by shifting site work to a more controllable environment. Modular bridge substructures with concrete-filled steel tube (CFT) piers and composite pier caps were suggested to realize accelerated bridge construction. The precast segmental pier cap consists of a composite pier table and precast prestressed segments on the table. The pier table has embedded steel section to mitigate stress concentration at the connection by small tubes. Each bridge pier has four or six CFT columns which connect to the pier cap. Shear strength of the pier cap was obtained by extending vertical reinforcing bars from the table to the precast segment. Transverse prestressing was introduced to control tensile stresses by service loadings. Structural performance of the proposed modular system was evaluated by static tests. Design requirements of the composite pier cap were satisfied by continuous reinforcing bars and prestressing tendons. Standardized modular substructures can be effectively utilized for the fast replacement or construction of bridges.
Kim, Sung Il;Lee, Pil Goo;Lee, Jung Whee;Yeo, In Ho
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.18
no.6
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pp.793-804
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2006
Various PSC and steel-concrete composite railway bridges are being developed for short-medium spans with structural and economic efficiency. According to the design concept, the prestressed composite girder bridge has the advantages of being lightweight and having low girder depth, with the capacity for long spans. However, the dynamic behavior under a passing train is one of the critical issues concerning these railway bridges designed with more flexibility. Therefore, it is very important to evaluate the modal parameters before performing dynamic analyses. In this paper, real-scale prestressed composite girders were fabricated as a test model and modal testing was carried out to evaluate modal parameters including natural frequency and modal damping ratio. During the modal testing, a digitally controlled vibration exciter as well as an impact hammer was applied to obtain frequency-response functions, and the modal parameters were also evaluated after the fracture of test models. With application of reliable properties from modal tests, the estimation of dynamic performances of prestressed composite girder railway bridges can be obtained from various parametric studies on dynamic behavior under the passage of a moving train.
Controlling vibrations and noise in steel box girders is important for reducing noise pollution and avoiding discomfort to residents of dwellings along bridges. The fundamental approach to solving this problem involves first identifying the main path of transmission of the vibration energy and then cutting it off by using targeted measures. However, this requires an investigation of the characteristics of flow of vibration energy in the steel box girder, whereas most studies in the area have focused on analyzing its single-point frequency response and overall vibrations. To solve this problem, this study examines the transmission of vibrations through the segments of a steel box girder when it is subjected to harmonic loads through structural intensity analysis based on standard finite element software and a post-processing code created by the authors. We identified several frequencies that dominated the vibrations of the steel box girder as well as the factors that influenced their emergence. We also assessed the contributions of a variety of vibrational waves to power flow, and the results showed that bending waves were dominant in the top plate and in-plane waves in the vertical plate of the girder. Finally, we analyzed the effects of commonly used stiffened structures and steel-concrete composite structures on the flow of vibration energy in the girder, and verified their positive impacts on energy regionalization. In addition to providing an efficient tool for the relevant analyses, the work here informs research on optimizing steel box girders to reduce vibrations and noise in them.
The Ilsun Bridge is the world's longest box girder bridge(801m) with corrugated steel webs and has the widest width($21.2{\sim}30.9m$: tri-cellular cross section) among these kinds of composite girder bridges. It has fourteen spans(50m, 10 at 60m, 50m, 2 at 50.5m) where twelve spans are erected by the incremental launching method and two spans by full staging method. Special topics related to the structural safety of prestressed concrete box girder bridge with corrugated steel web in construction stage and service were reviewed. Investigations focus on the span-to-depth ratio, shear stress of corrugated steel webs and optimization of tile length of steel launching nose. The span-to-depth ratio of Ilsun bridge has been found to be well-planned while the corrugated steel web has been designed highly conservative and it has been observed that the conventional nose-deck interaction equation do not fit well with corrugated steel web bridges. As a result, detailed construction stage analysis was performed to check the stress levels and the safety of preceding design conditions. Finally, from the design review of Ilsun bridge, this study suggests optimal design issues which should be of interest in designing a prestressed concrete box girder bridge with corrugated steel webs.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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