Joe, Woom Do Ji;Park, Yong Myung;Jin, Seung Hoon;Hwang, Min Oh;Chung, Heung Jin
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.5
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pp.493-503
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2009
Bridge redundancy is defined as the capability of a bridge to sustain loads after one of its main members incurs damage. It is affected by many parameters, including the number of girders, span length, girder height, internal supports, and secondary members. The present AASHTO and Korean Bridge design codes, however, define bridge redundancy only as the number of girders, and neither the evaluation method nor the required level of redundancy is given. This study presented a redundancy evaluation method for plate girder bridges with severe fatigue damage based on the reliability method,by considering the essential parameters. A required level of redundancy was also proposed as a target system reliability index from the load capacity analysis and reliability analysis of the basis bridge designed by LRFD. Finally, the level of redundancy of simple and continuous plate girder bridges with a variable number of girders designed by ASD was evaluated and presented.
As few multi-tower single-box multi-cell cable-stayed bridges with corrugated steel webs have been built, analysis is mostly achieved by combining single-girder model, beam grillage model and solid model in support of the design. However, such analysis methods usually suffer from major limitations in terms of the engineering applications: single-girder model fails to account for spatial effect such as shear lag effect of the box girder and the relevant effective girder width and eccentric load coefficient; owing to the approximation in the principle equivalence, the plane grillage model cannot accurately capture shear stress distribution and local stress state in both top and bottom flange of composite box girder; and solid model is difficult to be practically combined with the overall calculation. The usual effective width method fails to provide a uniform and accurate "effective length" (and the codes fail to provide a unified design approach at those circumstance) considering different shear lag effects resulting from dead load, prestress and cable tension in the construction. Therefore, a novel spatial grid model has been developed to account for shear lag effect. The theoretical principle of the proposed spatial grid model has been elaborated along with the relevant illustrations of modeling parameters of composite box girder with corrugated steel webs. Then typical transverse and longitudinal shear lag coefficient distribution pattern at the side-span and mid-span key cross sections have been analyzed and summarized to provide reference for similar bridges. The effectiveness and accuracy of spatial grid analysis methods has been finally validated through a practical cable-stayed bridge.
The general behavior of the curved girder including the warping effects can be presented as the series of differential equations developed by Vlasov. Generally, bending moment is the most important factor for engineer to decide the section of the girder. In order to accommodate easiness of the structural analysis for the curved girder bridge, this paper suggest the ratios of bending moment of curved gilder to that of straight girder. These ratios are presented by an approximate formula setting central angle ${\theta}(L/R)$ as a variable. The approximate formula of the maximum bending moment ratios and influence lines of all stress resultants can be used to design the three-span curved girder bridges.
Yoon, Ki Yong;Sung, Ik Hyun;Choi, Jin Yu;Kang, Young Jong
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.14
no.6
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pp.793-802
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2002
This study presented a finite element formulation for the dynamic analysis of horizontally curved I-girder bridges. The stiffness and mass matrices of the curved and the straight beam elements are formulated. Each node of both elements has seven degrees of freedom, including the warping degree of freedom. The curved beam element is derived from Kang and Yoo's theory of thin-walled curved beams. The computer program EQCVB has been developed to perform dynamic analyses of various horizontally curved I-girder bridges. The Gupta method is used to solve the eigenvalue problem efficiently, while the Wilson-${\theta}$ method is used for the seismic analysis. The efficiency of EQCVB is demonstrated by comparing solution time with ABAQUS. Using EQCVB, the study is applied to investigate the dynamic behavior of horizontally curved I-girder bridges under seismic loading.
Park, Yong Myung;Hwang, Soon Young;Park, Jae Bong;Hwang, Min Oh;Choi, Byung H.
Journal of Korean Society of Steel Construction
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v.21
no.3
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pp.321-330
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2009
This paper presents numerical analysis results for the lateral-torsional buckling (LTB) strength of steel I-girder bridges. Current Korean and AASHTO design specifications for LTB consider the buckling strength of a single girder with both its ends constrained. The I-girder bridges are composed of more than one girder, and the girders are interconnected with intermediate cross-beams or cross-frames. Therefore, it should be required to evaluate the effects of cross-beam stiffness and the interactionof girders on LTB strength. It is also necessary to consider the effects of transverse web stiffeners on LTB strength. By considering these parameters, a series of four-girder systemswere numerically modeled using 3D shell elements to estimate the LTB strength while considering initial imperfections and residual stresses.
The reliability analysis of simply-supported and continuous composite plate girder and box girder bridges under flexure was performed to provide a basic data for the development of LRFD c ode. The bridges were designed based on LRFD specification with newly proposed design live load which was developed by analyzing traffic statistics from highways and local roads. A performance function for flexural failure was expressed as a function of the flexural resistance of composite section and the design moments due to permanent load and live load. For the flexural resistance, the statistical parameters obtained by analyzing over 16,000 domestic structural steel samples were used. Several different values of bias factors for the live load moment from 1.0 to 1.2 were used. Due to the lack of available domestic measured data on the moment by permanent loads, the same statistical properties used in the calibration of ASHTO-LRFD were ap plied. The reliability indices for the composite girder bridges with various span lengths, different live load factors, and bias fact or for the live load were obtained by applying the Rackwitz-Fiessler technique.
Railway bridges are highly susceptible to resonance due to the equidistant axle load with constant speed of train. Thus, it is inevitable verify dynamic characteristics and quantities against dynamic guidelines. Recently, various new-type bridges are developed and applies to medium span length between 30m and 40m. However, just steel box girder bridge is under review for span length between 45m and 50m without development any new technologies. This study investigate the dynamic properties and safety of steel box railway bridge having span length 45m in alternative girder hight and kind of ballast. Numerical analysis is performed time series analysis by mode superposition using calculated natural vibration frequency and mode after carry out a free vibration analysis and extract modal parameter to higher modes. The results are then compared to various dynamic stability standards toward target bridge's dynamic stability analysis. The result of this study is expected as a reference for design railway bridges.
The behavior of steel curved bridges is more complicated than straight bridges, thus the analysis, design and construction process of curved bridges require much more attention. In design of curved bridges, the grillage analysis using general structural analysis program or special program is mainly used. Comparative study in coherence between these analytical results and actual behavior of curved bridges has been rarely conducted. To study the behaviour of curved bridges and verify the current design method, field measurements and analyses using general structural analysis program and 3-D refined analysis program were carried out for simple and continuous bridges in this study. The study focused on the behavior of curved steel bridges during construction. Measured and analytical results had quantitative difference mutually, but there were qualitatively similar. Stress variations in transverse direction of flange were observed and grillage analysis models yielded more conservative values than 3-D refined analysis models.
Previous finite element studies have shown that AASHTO Standard load distribution factor (LDF) equations appear to be conservative for longer spans and larger girder spacing, but too permissible for short spans and girder spacing. AASHTO LRFD specification defines the distribution factor equation for girder spacing, span length, slab thickness, and longitudinal stiffness. However, this equation requires an iterative procedure to correctly determine the LDF value due to an initially unknown longitudinal stiffness parameter. This study presents a simplified LDF equation for interior and exterior girders of two-span continuous I-girder bridges that does not require an iterative design procedure. The finite element method was used to investigate the effect of girder spacing, span length, slab thickness, slab width, and spacing and size of bracing. The computer program, GTSTRUDL, was used to idealize the bridge superstructures as the eccentric beam model, the concrete slab by quadrilateral shell elements, steel girders by space frame members, and the composite action between these elements by rigid links. The distribution factors obtained from these analyses were compared with those from the AASHTO Standard and LRFD methods. It was observed through the parametric studies that girder spacing, span length, and slab thickness were the dominant parameters compared with others. The LRFD distribution factor for the interior girder was found to be conservative in most cases, whereas the factor for the exterior girder to be unconservative in longer spans. Furthermore, a regression analysis was performed to develop simplified LDF formulas. The formulas developed in this study produced LDF values that are always conservative to those from the finite element method and are generally smaller than the LDF values obtained from the AASHTO LRFD specification. The proposed simplified equation will assist bridge engineers in predicting the actual LDF in two-span continuous I-girder bridges.
The general behavior of curved girder including the warping effects is formulated by series of differential equations postulated by Vlasov. In order to determine the maximum shear force, the maximum bending moment, the maximum pure torsion, the maximum warping torsion, and the maximum bimoment for the curved girder grid bridges, it is important to find the location of live load applied to the curved girder grid bridges, so that the influence line can be estimated. In this paper, the influence line of shear force, bending moment, pure torsion, warping torsion, and bimoment due to unit vertical load and unit torsional moment for curved I-girder grid bridges are obtained by using the finite difference method.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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