journal article·2024-12-04Open access

Transition Effects in Bridge Structures and Their Possible Reduction Using Recycled Materials

Mariusz Spyrowski, Krzysztof Adam Ostrowski, Kazimierz Furtak

Applied Sciences· Volume 14· Issue 23

Abstract

This article serves as a review of the current challenges in bridge engineering, specifically addressing the transition effect and the utilization of recycled materials. It aims to identify research gaps and propose innovative approaches, paving the way for future experimental studies. As a review article, the authors critically analyze the existing literature on the transition effects in bridge construction, their causes, and their negative impacts. Integral bridges are discussed as a solution designed to work in conjunction with road or rail embankments to transfer loads, minimizing maintenance and construction costs while increasing durability. Particular attention is given to the potential use of modified plastic composites as an alternative material in integral bridge structures. This concept not only addresses the issue of plastic waste but also promotes the long-term use of recycled materials, a key consideration given recycling limitations. This article highlights the importance of the connection between the embankment and the abutment and provides examples of polymer applications in bridge engineering. By outlining the state of the art, this review identifies future development paths in this niche, but promising, field. Almost 240 literature items were analyzed in detail, and works containing 475 different key words contained in about 3500 individual works were used for scientometric analysis. The results of the analysis clearly indicate the novelty of the presented subject matter.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Microplastics and Plastic Pollution · Structural Behavior of Reinforced Concrete · Innovative concrete reinforcement materials

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Cracow University of Technology, CUT Doctoral School, Faculty of Civil Engineering, 24 Warszawska Str., 31-155 Cracow, Poland

Cracow University of Technology, Faculty of Civil Engineering, 24 Warszawska Str., 31-155 Cracow, Poland

References (100+)

Show source-provided references
1. Laying the Foundations for Scientometric Research: A Data Science Approach10.1177/1049731515624966 ↗
2. Challenges for scientometric indicators: Data demining, knowledge-flow measurements and diversity issues10.3354/esep00092 ↗
3. Scientometric mapping of research on ‘Big Data’10.1007/s11192-015-1729-9 ↗
4. Analyzing Translation studies with scientometric data: From CIRIN to citation analysis10.1080/0907676X.2014.972418 ↗
5. Comparison of PubMed, Scopus, Web of Science, and Google Scholar: Strengths and weaknesses10.1096/fj.07-9492LSF ↗
6. A comparison of Scopus and Web of science for a typical university10.1007/s11192-009-2178-0 ↗
7. (2023, November 18). Scopus|Abstract and Citation Database|Elsevier. Available online: https://www.elsevier.com/products/scopus.
8. (2023, November 18). Web of Science Coverage Details—Resources for Librarians—LibGuides at Clarivate Analytics. Available online: https://clarivate.libguides.com/librarianresources/coverage/.
9. (2023, November 18). VOSviewer—Visualizing Scientific Landscapes. Available online: https://www.vosviewer.com/.
10. Brown, D.J. (2005). Bridges: Three Thousand Years of Defying Nature, Firefly Books.
11. Troyano, F.L. (2003). Bridge Engineering: A Global Perspective, Thomas Telford Pub.10.1680/beagp.32156 ↗
12. Leonhardt, F. (1984). Brücken. Asthetik und Gestaltung, MIT Press.
13. Chen, W.-F., and Duan, L. (2003). Bridge Engineering: Substructure Design, CRC Press. [1st ed.].10.1201/9780203009079 ↗
14. Bennett, D. (1999). The Creation Of Bridges—From Vision To Reality, The Ultimate Challenge of Architecture, Design And Distance, Aurum Press Ltd.. [1st ed.].
15. (1991). Bridge Aesthetics Around the World, Transportation Research Board National Research Council (U.S.).
16. State-of-the-Art of Integral Abutment Bridges: Design and Practice10.1061/(ASCE)1084-0702(2004)9:5(497) ↗
17. Furtak, K., and Weseli, J. (2008). Podstawy Projektowania Budowli Mostowych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności. [1st ed.].
18. Gutkowski, R.M., and Kmita, J. (1996). Transportation Infrastructure Environmental Challenges in Poland and Neighboring Countries, Springer.10.1007/978-3-642-61092-9 ↗
19. Zarys analizy efektu progowego przy łączeniu nawierzchni podsypkowych z innymi typami nawierzchni
20. Kłosek, K., and Sowiński, B. (2013). Efekt Progowy w Nawierzchniach Szynowych, Wydawnictwo PK.
21. Rymsza, J., Biliszczuk, J., Onysyk, J., and Toczkiewicz, R. (2020). Wytyczne Projektowania Elementów Powiązania Drogowych Obiektów Inżynierskich z Terenem i Drogą. Wzorce i standardy rekomendowane przez Ministra właściwego ds. Transport, 1–73.
22. (2018). Standardy Techniczne—Szczegółowe Warunki Techniczne Dla Modernizacji Lub Budowy Linii Kolejowych 2018–2023, PKP Polskie Linie Kolejowe.
23. Strefa przejściowa pomiędzy obiektem mostowym a nasypem drogowym
24. Cyunel, B., and Kulczycki, B. (1987). Kolejowe Budowle Ziemne: Podręcznik Akademicki. T. 2, Technologia, Organizacja Budowy i Modernizacji, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności.
25. Nowy Eurokod 7 w projektowaniu posadowień obiektów mostowych na palach
26. (1983). Fundamenty Budowlane—Nośność Pali i Fundamentów Palowych (Standard No. PN-83/B-02482).
27. (1969). Fundamenty Budowlane—Nośność Pali i Fundamentów Palowych (Standard No. PN-69/B-02482).
28. Zarys metodyki badania sztywności nawierzchni i podtorza w strefach przejściowych do obiektów inżynierskich oraz na obiektach
29. Analiza niejednorodności mechanicznych nawierzchni i podtorza w obrębie obiektu mostowego
30. Podtorze na liniach kolejowych dużych prędkości
31. Track Transition Designs for Heavy-Axle-Load Service
32. Track transitions in railways: A review10.1016/j.conbuildmat.2016.02.084 ↗
33. Wzmacnianie stref przejściowych na dojazdach do mostów kolejowych
34. Kłosiński, B., and Niemierko, A. (1999). ERRI D 230.1/RP 3. Bridge Ends; Embankment Structure Transition, State of the Art Report.
35. Track transition problems and remedies
36. Setzungen in Hinterfüllungsbereich von Eisenbahn-brückenwiederlagern10.1002/bate.200104280 ↗
37. Improved performance of ballasted tracks at transition zones: A review of experimental and modelling approaches10.1016/j.trgeo.2019.100260 ↗
38. Winkler Settlement of railway track near bridge abutment
39. Osiadania podtorza gruntowego
40. Bień, J. (2010). Uszkodzenia i Diagnostyka Obiektów Mostowych, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności. [1st ed.].
41. Hebda, M. (2020). Materiały Dydaktyczne—Utrzymanie i Remonty Mostów, Katedra Konstrukcji Mostowych, Metalowych i Drewnianych; Wydział Inżynierii Lądowej; Politechnika Krakowska.
42. Zauda Coelho, B.E. (2011). Dynamics of Railway Transition Zones in Soft Soils. [Master’s Thesis, University of Porto Portugal].
43. Przyczyny powstania uskoku pomiędzy wiaduktem a nasypem na trasie Siekierkowskiej10.21008/j.1897-4007.2017.24.03 ↗
44. Wang, H., Chang, L., and Markine, V. (2018). Structural Health Monitoring of Railway Transition Zones Using Satellite Radar Data. Sensors, 18.10.3390/s18020413 ↗
45. Wykonawstwo stref przejściowych do obiektów mostowych i aspekty modelowania numerycznego oddziaływania
46. Deformacje nawierzchni i podtorza przy obiektach mostowych—Badania i diagnostyka
47. Nicks, J.E. (2009). The Bump at the End of the Railway Bridge. [Ph.D. Thesis, Texas A&M University].
48. Krupka, J., and Sobala, D. (2007). Stan Techniczny Mostów Zintegrowanych na Przykładzie Wybranych Obiektów w Polsce, Praca Magisterska, Politechnika Rzeszowska.
49. Uszkodzenia nawierzchni na mostach i w strefie połączenia drogi z mostem
50. Transition slabs of integral abutment bridges10.2749/101686611X12994961034174 ↗
51. Modeling and analysis of ground settlement between a flyover and reinforced soil embankment10.2478/ace-2018-0064 ↗
52. Numerical evaluation of approach slab influence on transition zone behavior in high-speed railway track10.1016/j.trgeo.2021.100519 ↗
53. Dahlberg, T., and Larsson, R. Influence of railway track stiffness variations on wheel/rail contact force. Proceedings of the Tracks for High-Speed Railways.
54. Transition of Railroad Bridge Approaches10.1061/(ASCE)1090-0241(2005)131:11(1392) ↗
55. Esveld, C. (2017). Modern Railway Track, Delft University of Technology. [2nd ed.].
56. Behaviour of train–track interaction in stiffness transitions
57. Sañudo, R., Jardí, I., Martínez, J.C., Sánchez, F.J., Miranda, M., Alonso, B., Dell’olio, L., and Moura, J.L. (2022). Monitoring Track Transition Zones in Railways. Sensors, 22.10.3390/s22010076 ↗
58. Measurements and simulation of the dynamic responses of a bridge–embankment transition zone below a heavy haul railway line10.1177/0954409712460979 ↗
59. An investigation of the dynamic behaviour of track transition zones using discrete element modelling10.1177/0954409714528892 ↗
60. Experimental and numerical investigation of usp for optimization of transition zone of railway10.1016/j.engstruct.2019.109971 ↗
61. Horvath, J.S. (2000). Integral-Abutment Bridges: Problems and Innovative Solutions Using EPS Geofoam and Other Geosynthetics, Manhattan College.
62. Furtak, K., and Wrana, B. (2005). Mosty Zintegrowane, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności. [1st ed.].
63. Pisarczyk, S.J. (2005). Geoinżynieria: Metody Modyfikacji Podłoża Gruntowego, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej.
64. Wzmacnianie podłoża gruntowego budowli drogowych
65. Static and Dynamic Analyses of Micropiles to Reinforce the High Railway Embankments on Loose Beds
66. Ślączka, W. (2016). Zbrojenie Geosyntetyczne Podstawy Nasypu, Politechnika Gdańska. [1st ed.].
67. Gajewska, B., Kłosiński, B., Rychlewski, P., Grzegorzewicz, K., and Kraszewski, C. (2003). Zastosowanie Geosyntetyków w Budowlach Ziemnych, Studium Poznawczo-Techniczne.
68. Strome nasypy drogowe zbrojone geosyntetykami efektem wysokospecjalizowanych prac inżynierskich
69. Grulkowski, S., Kędra, Z., Nowakowski, M.J., and Koc, W. (2013). Drogi Szynowe, Wydawnictwo Politechniki Gdańskiej.
70. Statyczna analiza wybranych imperfekcji podłoża szynowego na dodatkowe ugięcia szyny bezstykowego toru kolejowego
71. Ocena nośności i stateczności podtorza zgodnie z wymaganiami krajowymi oraz EUROKODU PN-EN 1991:21
72. Rychlewski, P. (2017). Przemieszczenia Fundamentów Obiektów Inżynierskich, Inżynier Budownictwa.
73. Analiza współpracy przyczółka mostowego z nasypem drogowym posadowionym na podłożu gruntowym o małej sztywności
74. Przemieszczenia poziome przyczółków mostowych
75. England, G.L., Tsang, N.C.M., and Bush, D.I. (2000). Integral Bridges: A Fundamental Approach to the Time–Temperature Loading Problem, Emerald Publishing Limited.10.1680/ibafattttlp.35416 ↗
76. Madaj, A., and Wołowicki, W. (2007). Budowa i Utrzymanie Mostów, Wydawnictwa Komunikacji i Łączności. [3rd ed.].
77. Dębińska, A., Małek, A., Bień, P., and Mioduszewska, J. (2015). Budownictwo Mostowe Vademecum, 2015 Ed, Wydawnictwo Polskiej Izby Inżynierów Budownictwa Sp. z o.o.
78. Musiał, T. (2022, November 03). Obiekty Mostowe z Przyczółkami Zintegrowanymi; Inżynier Budownictwa, 2012. Available online: https://inzynierbudownictwa.pl/obiekty-mostowe-z-przyczolkami-zintegrowanymi-cz-i/.
79. Nowa generacja mostów zintegrowanych na liniach kolei dużych prędkości
80. Mosty zintegrowane
81. Doświadczenia z projektowania i eksploatacji mostów zintegrowanych
82. Arsoy, S., Barker, R.M., and Duncan, J.M. (1999). The Behavior of Integral Abutment Bridge, Virginia Polytechnic and State University.
83. Burke, J.M.P. (2009). Integral and Semi-Integral Bridges, Wiley-Blackwell. [1st ed.].
84. Burke, J.M.P. (1990). Integral Bridges, Transportation Research Record; National Research Council.
85. Pipinato, A. (2016). Integral Bridges. Innovative Bridge Design Handbook, Butterworth-Heinemann.10.1016/B978-0-12-800058-8.00019-0 ↗
86. Challenges and opportunities for the application of integral abutment bridges in earthquake-prone areas: A review10.1016/j.soildyn.2020.106183 ↗
87. Mitoulis, S.A., Argyroudis, S., and Kowalsky, M. (2015, January 25–27). Evaluation of the stiffness and damping of abutments to extend direct displacement-based design to the design of integral bridges. Proceedings of the COMPDYN 2015—5th ECCOMAS Thematic Conference on Computational Methods in Structural Dynamics and Earthquake Engineering, Crete Heraklion, Greece.10.7712/120115.3500.1060 ↗
88. A review: Study of integral abutment bridge with consideration of soil-structure interaction10.1590/1679-78255869 ↗
89. Integral abutment bridges: Investigation of seismic soil-structure interaction effects by shaking table testing10.1002/eqe.3409 ↗
90. Marchi, A., and Franchin, P. (2022, January 5–7). A pushover method for seismic design of Integral Abutment Bridges. Proceedings of the 14th Fib PhD Symposium in Civil Engineering, Rome, Italy.
91. Fu, C.C. (2018). Seismic Pushover Analysis of Steel Integral Abutment Bridge, ProQuest.
92. Kozak, D.L., Fahnestock, L.A., and LaFave, J.M. (2018). Seismic Behavior and Design of Integral Abutment Bridges in Southern Illinois, University of Illinois at Urbana-Champaign.10.1016/j.engstruct.2018.02.088 ↗
93. Acoustic emission to assess and monitor the integrity of bridges10.1016/S0950-0618(00)00068-4 ↗
94. The effect of braking forces on displacement of integral bridges10.35784/bud-arch.2069 ↗
95. Sousa, L.R., Fernandes, M.M., Vargas, E.J., and Azevedo, R. (2007, January 1–4). Dynamic effects induced by abrupt changes in track stiffness in high speed railway lines. Proceedings of the Applications of Computational Mechanics in Geotechnical Engineering—5th International Workshop on Applications of Computational Mechanics in Geotechnical Engineering, Guimaraes, Portugal.
96. Doświadczalna weryfikacja modelu obliczeniowego zintegrowanego obiektu mostowego10.35784/bud-arch.1771 ↗
97. Eisenmann, J. (1990). Dűrchfűrung von Dauerschwellversuchen An Einer Űbergangkonstruktion, Technische UniversitatMűnchen.
98. Diaz, A. (1993). La Construcción de Terraplenes y Desmontes, Fundación de los Ferrocarriles Españoles.
99. Track Settlement at Bridge Approaches
100. Bridge approach performance in revenue service