Análisis de sensibilidad y optimización aeroelástica de puentes colgantes en entornos de computación distribuida

Abstract

[Resumen]

Hasta el momento el diseño basado en análisis de sensibilidad o el diseño óptimo han sido técnicas poco utilizadas en el proyecto de puentes de gran vano. Sin embargo, se vienen ejecutando puentes, tanto colgantes como atirantados, con longitudes de vano cada vez mayores. Por ello es fundamental el aplicar técnicas de diseño no convencional con el fin de alcanzar la máxima eficacia, tanto en el proceso de diseño como en la ejecución de estas estructuras.

Uno de los aspectos que más condicionan el diseño de puentes colgantes es su comportamiento frente a la acción del viento. En esta tesis se plantea la obtención analítica de los análisis de sensibilidad de la velocidad de flameo y la frecuencia reducida considerando masa variable respecto a las propiedades mecánicas del tablero de un puente. Además, se formula el diseño óptimo de puentes de gran vano con sección en cajón aerodinámico considerando restricciones de tipo aeroelástico y cinemático. Así mismo, se presentan ejemplos de aplicación al diseño de puentes reales como son el del Grand Belt y el del estrecho de Messina, en los que se han empleado técnicas de computación distribuida debido al grandísimo coste computacional del proceso de diseño.

[Resumo]

Ate agora o deseño baseado na análise de sensibilidade ou no deseño óptimo foron técnicas pouco empregadas no proxecto de pontes de gran van. Nembargantes, estanse a executar pontes, tanto colgantes como atirantadas, con lonxitudes de van maiores de cada vez. Polo tanto, é fundamental o aplicar técnicas de deseño non convencional coa finalidade de alcanzar a maior eficacia, tanto no proceso de deseño coma na execución destas estruturas.

Un dos aspectos que máis condicionan o deseño de pontes colgantes é o seu comportamento fronte á acción do vento. Nesta tese prantéxase a obtención analítica das análises de sensibilidade da velocidade de flameo e máis da frecuencia reducida considerando masa variable respecto ás propiedades mecánicas do taboleiro dunha ponte. Asemade, formúlase o deseño óptimo de pontes de gran van con sección en caixón aerodinámico considerando restriccións de tipo aeroelástico e cinemático. Ademais preséntanse exemplos de aplicación ao deseño de pontes reais como son as do Gran Belt e o estreito de Messina, nos que se empregaron técnicas de computación distribuída debido ó grandísimo custe computacional do proceso de deseño.

[Abstract] Until this moment, design based upon sensitivity analysis or optimum design have not been commonly used in the project of long span bridges. However, suspension and cable stayed bridges are being constructed with longer and longer spans. Therefore, it is essential to use non-conventional design techniques in order to reach maximum performance in the design process as well as in the execution of these structures.

One of the most important issues in the design of suspension bridges is their behaviour under wind flow. In this thesis, analitical evaluation of sensitivity analyses of flutter speed and reduced frequency considering variable mass with regards to the mechanical parameters of the bridge deck are presented. In addition, formulation of the optimum design problem of long span bridges with aerodynamic cross sections is developed considering aeroelastic and also kinematic constraints. Application examples for the Grand Belt bridge and the Messina Strait bridge are presented, applying distributed computing techniques due to the enormous computational cost of the design process.