Concrete filled rectangular steel tubular (CFRST) composite truss girder is composed of the CFRST truss and concrete slab. The failure mechanism of the girder was different under bending and shear failure modes. The bending and shear strength of the girder were investigated experimentally. The influences of composite effect and shear to span ratio on failure modes of the girder was studied. Results indicated that the top chord and the joint of the truss were strengthened by the composited effect. The failure modes of the specimens were changed from the joint on top chord to the bottom chord. However, the composite effect had limited effect on the failure modes of the girder with small shear to span ratio. The concrete slab and top chord can be regarded as the composite top chord. In this case, the axial force distribution of the girder was close to the pin-jointed truss model. An approach of strength prediction was proposed which can take the composite effect and shear to span ratio into account. The approach gave accurate predictions on the strength of CFRST composite truss girder under different bending and shear failure modes.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.2A
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pp.149-159
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2010
This paper presents an experimental study on the structural behavior of composite CFT truss girder bridge with full depth precast panels. The length of span is 20,000 mm. The CFT truss girder is a tubular truss composed of chord members made of concrete-filled and hollow circular tubes. To determine fundamental structural characteristics such as the strength and deformation properties of composite CFT truss girder bridge, static and dynamic tests were conducted. The natural frequencies calculated by the FEM are in good agreement with experimental results obtained from dynamic test. Bracing have only a small effect on the natural frequencies of composite CFT truss girder bridge as indicated by the FEM results. The yield strength and deformation of the composite CFT truss girder bridges were investigated through a static bending test. Besides, the test results showed that uniform distribution of shear connectors can be applicable in composite CFT truss girder bridges.
Yangzhi Ren;Wenjing Guo;Xuechun Liu;Bin Wang;Piyong Yu;Xiaowen Ji
Structural Engineering and Mechanics
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v.86
no.4
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pp.461-472
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2023
This paper proposes a novel method for increasing the distortional frame rigidity of off-rail box girder bridges for cranes by reinforcing the diaphragm with staggered truss. The study starts by using the Matrix Displacement Method to determine the shear angle of the staggered truss diaphragm under two assumptions: hinge joint and rigid joint. To obtain closed-form solutions for the transversal and longitudinal deformations and warping stress of the crane girder, the study employs the Initial Parameter Method and considers the compatibility of shear deformation at joints between the diaphragms and the girder. The theoretical solutions are validated through finite element analysis, which also confirms that the hinge-joint assumption accurately represents the shear angle of the staggered truss diaphragm in girder distortion. Additionally, the study conducts extensive parameter analyses to examine the impact of staggered truss dimensions on distortional stress and deformation. Furthermore, the study compares the distortional warping stresses of crane girders reinforced with staggered truss diaphragms and those reinforced with perforated ones, emphasizing the importance of incorporating stagger truss in diaphragms. Overall, this paper provides a thorough evaluation of the proposed approach's effectiveness in enhancing the distortional frame rigidity of off-rail box girder bridges for cranes. The findings offer valuable insights into the design and reinforcement of diaphragms using staggered truss to enhance the structural performance of crane girders.
Long-span suspension bridges located in typhoon-prone regions face significant risks of flutter instability, particularly in girder erection. Despite the implementation of aerodynamic countermeasures designed for the service stage, the flutter stability of bridge in girder erection may not meet the required standards. Nowadays, the double-deck truss girder is increasingly common in practical engineering which exhibits different performance from the single-deck truss girder. To gain insights into the flutter performance of this girder type and determine temporary aerodynamic countermeasures for flutter suppression in girder erection, wind tunnel tests were conducted. The effects of affiliated members on the flutter performance were first examined. Subsequently, different aerodynamic countermeasures were designed and their effectiveness was tested. The results indicate that the stabilizers above and below the upper and lower decks are the most effective for the flutter stability of bridge at positive and negative angles of attack, respectively. The higher the stabilizers are, the better the effect on flutter suppression achieves. Considering the feasibility in practical engineering, a temporary stabilizer above the upper deck was considered. It is expected that the results could provide references for the aerodynamic design of double-deck truss girder during erection.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.29
no.4A
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pp.315-327
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2009
In this study, the static test of CFT truss girders for different f/L ratios was conducted to determine how the ultimate strength of the CFT truss girder was affected by different f/L ratios. A total of two CFT truss girders were constructed and tested under bending condition. The length of all specimens is 20,000 mm. The CFT truss girder is a tubular truss composed of chord members made of concrete-filled circular tubes. The main parameter analyzed in the experimental study was the f/L ratio. This factor was experimentally investigated to assess their influence on ultimate strength and stiffness. The test results show that CFT truss girder has good elastic-plastic property and ductility. The presence of the f/L ratios in CFT truss girders alters its ultimate strength because of the global stiffness of the CFT truss girders. The ultimate strength of CFT truss girders increases as the f/L ratio increases. If the f/L ratio of the CFT truss girders increases twofold, the ultimate strengths increase by 80%. The CFT truss girders showed that they retained large deformation capacity, even after reaching the ultimate strength. Results of this investigation demonstrated the potential for efficiently using a CFT truss as a bridge girder.
3D finite element analyses of a corrugated steel web girder and a steel truss web girder are conducted to investigate the static and dynamic behaviour of the hybrid girders. And the analyses results are compared with those by the equivalent beam theory. The equivalent theory is a theory that all section properties of a truss structure are replaced by section properties of a beam including the shear coefficient. When applying the equivalent beam theory, the shear coefficient of the corrugated steel web girder is estimated as the area ratio of total section to web section and that of the steel truss web girder is calculated by the equation proposed by Dewolf. Static deflections and natural frequencies by 3D finite element analyses and the those by the equivalent beam theory are relatively in good agreement.
This paper aims to study the mechanical performance of three-tower four-span suspension bridges with steel truss girders, including the static and dynamic characteristics of the bridge system, and more importantly, the influence of structural parameters including the side-main span ratio, sag-to-span ratio and the girder stiffness on key mechanical indices. For this purpose, the Oujiang River North Estuary Bridge which is a three-tower four-span suspension bridge with two main spans of 800m under construction in China is taken as an example in this study. This will be the first three-tower suspension bridge with steel truss girders in the world. The mechanical performance study and parametric analysis are conducted based on a validated three-dimensional spatial truss finite element model established for the Oujiang River North Estuary Bridge using MIDAS Civil. It is found that a relatively small side-main span ratio seems to be quite appropriate from the perspective of mechanical performance. And decreasing the sag-to-span ratio is an effective way to reduce the horizontal force subjected to the midtower and improve the antiskid safety of the main cable, while the vertical stiffness of the bridge will be reduced. However, the girder stiffness is shown to be of minimal significance on the mechanical performance. The findings from this paper can be used for design of three-tower suspension bridges with steel truss girders.
This study deals with the design of bridge girder structures and consists of two parts. In the first part an optimal bridge girder topology is determined using a software based on structure compliance minimization with constraints imposed on the body mass, developed by the authors. In the second part, an original way in which the topology is mapped into a bridge girder structure is shown. Additionally, a method of converting the thickness of the bars obtained using the topology optimization procedure into cross sections is introduced. Moreover, stresses and material consumption for a girder design obtained through topology optimization and a typical truss girder are compared. Concluding, this paper shows that topology optimization is a good tool for obtaining optimal bridge girder designs.
3D finite element analyses of a corrugated steel web girder and a steel truss web girder are conducted to investigate the static and dynamic behaviour of the hybrid girders. And the analyses results are compared with those by the equivalent beam theory. The equivalent theory is a theory that all section properties of a truss structure are replaced by section properties of a beam including a shear coefficient. When applying the equivalent beam theory, the shear coefficient of the corrugated steel web girder is estimated as the area ratio of flange section to web section and that of the steel truss web girder is calculated by the equation proposed by Abdel. Static deflections and natural frequencies by 3D finite element analyses and those by the equivalent beam theory are in good agreement.
It is shown that topology optimization is a valuable tool for the design of bridge girders. This paper is a follow-up to (Kuty${\l}$owski and Rasiak 2014) and it includes an analysis of truss members' outer dimensions dictated by the standards. Moreover, a frame bridge girder mapped from a selected topology is compared with a typical frame girder on the basis of (Kuty${\l}$owski and Rasiak 2014). The analysis shows that topology optimization by means of the proposed algorithm yields a topology from which one can map a frame bridge girder requiring less material for its construction than the typical frame girder currently used in bridge construction.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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