This paper presents a new method to study the impact factor of an old bridge based on the model updating technique. Using the genetic algorithm (GA) by minimizing an objective function of the residuals between the measured and predicted responses, the bridge and vehicle coupled vibration models were updated. Based on the displacement relationship and the interaction force relationship at the contact patches, the vehicle-bridge coupled system can be established by combining the equations of motion of both the bridge and vehicles. The simulated results show that the present method can simulate precisely the response of the tested bridge; compared with the other bridge codes, the impact factor specified by the bridge code of AASHTO (LRFD) is the most conservative one, and the value of Chinese highway bridge design code (CHBDC) is the lowest; for the large majority of old bridges whose road surface conditions have deteriorated, calculating the impact factor with the bridge codes cannot ensure the reliable results.
Journal of the Korean Society of Industry Convergence
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v.9
no.3
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pp.199-206
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2006
Extraordinary displacement and vibration by heavy vehicle causes passengers to feel mental uncomfortableness and bridge to be damaged. To increase serviceability, the research on the human influence for vibration to happen at the bridge has been performed for a long time in oversea but it does not draw concern relatively in the domestic. The purpose of this research is to develop an evaluation method for vibration serviceability of continuous slab bridge. This research is focused on establishing theoretical method to assess vibration serviceability of bridge considering natural frequency, displacement, and acceleration since the criteria for the human responses to vibration is generally based on frequency band. By examining the characteristics of vibration serviceability which has been assessed with human response curve through field experiments as well as analytical study, the evaluation method of vibration serviceability for continuous slab bridges is proposed. Based on applications to the example of continuous slab bridge, the simple evaluation of vibration serviceability in the paper may be used in the initial step of design practice.
A number of conventional railway bridge is more than 2600. Non-ballast plate girder bridge is about 700 and this is 27% of all bridge numbers. Non-ballast plate girder has advantages that self load is more lighter than moving load and construction cost is more inexpensive than concrete bridge. But non-ballast plate girder has disadvantages that vibration and noise is bigger than concrete bridge. This study had analyzed behavior of non-ballast plate girder according to the arrangement of supports and driving conditions to review the proper arrangement of support. Measurements were performed in single line and disel locomotive of 7400type were used as test vehicle. The vehicle's driving conditions are as follows; Change of driving direction, Constant speed driving, Deceleration driving, Acceleration driving. Main measurement contents were horizontal displacement and vertical vibration acceleration in girder of vicinity support. Results of measurement are as follows; In case that a vehicle drives from fixed support to movable support, vertical vibration acceleration of the girder was smaller than opposition case.
The extensive use of prestressed reinforced concrete (PSC) highway bridges in marine environment drastically increases the sensitivity to both fatigue-and corrosion-induced damage of their critical structural components during their service lives. Within this scenario, an integrated method that is capable of evaluating the fatigue reliability, identifying a condition-based maintenance, and predicting the remaining service life of its critical components is therefore needed. To accomplish this goal, a procedure for fatigue reliability prediction of PSC highway bridges is proposed in the present study. Vehicle-bridge coupling vibration analysis is performed for obtaining the equivalent moment ranges of critical section of bridges under typical fatigue truck models. Three-dimensional nonlinear mathematical models of fatigue trucks are simplified as an eleven-degree-of-freedom system. Road surface roughness is simulated as zero-mean stationary Gaussian random processes using the trigonometric series method. The time-dependent stress-concentration factors of reinforcing bars and prestressing tendons are accounted for more accurate stress ranges determination. The limit state functions are constructed according to the Miner's linear damage rule, the time-dependent S-N curves of prestressing tendons and the site-specific stress cycle prediction. The effectiveness of the methodology framework is demonstrated to a T-type simple supported multi-girder bridge for fatigue reliability evaluation.
The vibration response of the bridges under the moving vehicular load is of importance for engineers to estimate the serviceability of existing bridges and to design new bridges. This paper deals with the three dimensional vibration analysis of prestressed concrete bridges under moving vehicles. The prestressed bridges are modeled by four-node isoparametric flat shell elements with the transverse shearing deformation taken into account. The usual five degrees-of-freedom (DOFs) per node of the element are appended with a drilling DOF to accommodate the transformation of the local stiffness and mass matrices to the global coordinates. The vehicle is modeled as a single or two-DOF system. A single-span prestressed Tee beam and two-span prestressed box-girder bridge are studied as the two numerical examples. The effects of prestress forces on the natural frequencies and dynamic responses of the bridges are investigated.
Kim, Chul-Woo;Morita, Tomoaki;Oshima, Yoshinobu;Sugiura, Kunitomo
Smart Structures and Systems
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v.15
no.2
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pp.395-408
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2015
This study aims to propose a Bayesian approach to consider changes in temperature and vehicle weight as environmental and operational factors for vibration-based long-term bridge health monitoring. The Bayesian approach consists of three steps: step 1 is to identify damage-sensitive features from coefficients of the auto-regressive model utilizing bridge accelerations; step 2 is to perform a regression analysis of the damage-sensitive features to consider environmental and operational changes by means of the Bayesian regression; and step 3 is to make a decision on the bridge health condition based on residuals, differences between the observed and predicted damage-sensitive features, utilizing 95% confidence interval and the Bayesian hypothesis testing. Feasibility of the proposed approach is examined utilizing monitoring data on an in-service bridge recorded over a one-year period. Observations through the study demonstrated that the Bayesian regression considering environmental and operational changes led to more accurate results than that without considering environmental and operational changes. The Bayesian hypothesis testing utilizing data from the healthy bridge, the damage probability of the bridge was judged as no damage.
Proceedings of the Computational Structural Engineering Institute Conference
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2000.04b
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pp.230-237
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2000
The purpose of this study is to evaluate the dynamic behavior of highway bridge due to moving vehicle load, considering the effect of laminated rubber bearing. Dynamic behaviors of bridge considering the effect of bearings are studied with 3-dimensional bridge and vehicle models. To analyze the effect of bearings on the dynamic behaviors of superstructures of bridges, laminated rubber bearing is modeled as 3-dimensional frame element with equivalent stiffness and damping, and the models are included in the bridge analysis model. The results from the analytical models with laminated rubber bearing show a significant effects on dynamic responses and more complex vibration characteristics compared with the results from the bridge with pot bearings. Generally, larger dynamic amplification factors are obtained in the case of laminated rubber bearing, which is mainly due to the smaller torsional stiffness of the bridge with laminated rubber bearing. It can be recommended that were careful consideration on the vibration of bridges and dynamic load allowance in design are needed when adopting laminated rubber bearing.
Xia, He;Deng, Yushu;Xia, Chaoyi;De Roeck, G.;Qi, Lin;Sun, Lu
Structural Engineering and Mechanics
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v.47
no.5
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pp.661-678
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2013
As a new type of vibration reduction, the ladder track system has been successfully used in engineering. In this paper, a numerical model of the train-track-viaduct system is established to study the dynamic responses of an elevated bridge with ladder track. The system is composed of a vehicle submodel, a track submodel and a bridge submodel, with the measured track irregularities as the system self-excitation. The whole time histories of a train running through an elevated bridge with $3{\times}27m$ continuous PC box girders are simulated. The dynamic responses of the bridge such as deflections, lateral and vertical accelerations, and the vehicle responses such as derailment factors, offload factors and car-body accelerations are calculated. The calculated results are partly validated through the comparison with the experimental data. Compared to the common slab track, adapting the ladder sleeper can effectively reduce the accelerations of the bridge girder, and also reduce the car-body accelerations and offload factors of the train vehicle.
A railway open deck plate girder bridge without ballast should support relatively heavier vehicle loads compared with its self-weight. For such a reason, actual dynamic response of the bridge is considerably differing with normal prediction because additional masses added from vehicle to a bridge have an effect on the dynamic characteristics of the bridge. These differences affect to the estimation of a natural frequency change that adopted for one of the evaluation technique of strength decrease, and these make trouble to the analysis of a natural frequency from the field test data that measured at the bridge subjected to a running vehicle. In this study, classification of mass participation ratio for each component of open deck plate girder bridge without ballast and the comparison according to the change of vibration characteristics for the case of subjected to a running vehicle were accomplished.
The evaluation of dynamic characteristics of bridges under operational traffic loads is a crucial aspect of bridge structural health monitoring. In the vehicle-bridge interaction (VBI) system, the vibration responses of bridge exhibit time-varying characteristics. To address this issue, an accurate time-frequency analysis method that combines the autoregressive power spectrum based empirical wavelet transform (AR-EWT) and local maximum synchrosqueezing transform (LMSST) is proposed to identify the time-varying instantaneous frequencies (IFs) of the bridge in the VBI system. The AR-EWT method decomposes the vibration response of the bridge into mono-component signals. Then, LMSST is employed to identify the IFs of each mono-component signal. The AR-EWT combined with the LMSST method (AR-EWT+LMSST) can resolve the problem that LMSST cannot effectively identify the multi-component signals with weak amplitude components. The proposed AR-EWT+LMSST method is compared with some advanced time-frequency analysis techniques such as synchrosqueezing transform (SST), synchroextracting transform (SET), and LMSST. The results demonstrate that the proposed AR-EWT+LMSST method can improve the accuracy of identified IFs. The effectiveness and applicability of the proposed method are validated through a multi-component signal, a VBI numerical model with a four-degree-of-freedom half-car, and a VBI model experiment. The effect of vehicle characteristics, vehicle speed, and road surface roughness on the identified IFs of bridge are investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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