Reability based design optimization of long-span bridges uneder flutter constraint
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http://hdl.handle.net/2183/14767
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- Teses de doutoramento [2167]
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Reability based design optimization of long-span bridges uneder flutter constraintAutor(es)
Director(es)
Jurado Albarracín, José ÁngelBaldomir García, Aitor
Data
2015Centro/Dpto/Entidade
Universidade da Coruña. Departamento de Tecnoloxía da ConstruciónResumo
[Resumen]
Se ha aplicado optimización probabilista (RBDO) a puentes colgantes de gran
vano considerando condiciones de flameo mediante tres métodos diferentes cuyas
denominaciones anglosajonas son Reliability Index Approach, Performance Measure
Approach y Sequential Optimization and Reliability Assessment. Se considera la
existencia de incertidumbre en la velocidad extremal de viento en el emplazamiento del
puente, y en las funciones de flameo obtenidas experimentalmente en túnel de viento.
Se plantean dos casos de optimización probabilista; en el primero únicamente se
optimiza el volumen del cajón del puente variando los espesores de las chapas que
forman el cajón, mientras que en el segundo se minimiza tanto el volumen de los cables
principales como el tablero del puente. En ambos casos, se desea obtener diseños
óptimos que satisfagan un valor prefijado de la seguridad estructural frente a flameo
además de otras restricciones de tipo determinista.
Para resolver este problema, se programan en Matlab los métodos de RBDO
mencionados anteriormente, código que ejecuta un modelo de elementos finitos
realizado en Abaqus para obtener las respuestas estructurales y el código FLAS,
desarrollado por nuestro grupo de investigación, para realizar el análisis a flameo. Antes
de resolver el problema de RBDO se realizan distintos análisis de fiabilidad para
conocer el nivel de seguridad estructural del puente con su diseño original. Las formulaciones de RBDO propuestas se han aplicado a dos ejemplos de puentes
colgantes de gran vano: el Great Belt East Bridge en Dinamarca y el proyecto del
Puente de Messina en Italia. Los resultados obtenidos por los diferentes métodos de
RBDO se comparan en términos de precisión y eficiencia computacional. [Abstract]
The reliability based design optimization is applied to long-span suspension
bridges under probabilistic flutter constraint employing three RBDO methods, namely
reliability index approach, performance measure approach and sequential optimization
and reliability assessment. Uncertainties in extreme wind speeds at bridge site and
flutter derivatives obtained in wind tunnel tests are taken into account. Two cases of
RBDO problems are studied; in the first case, the bridge girder volume is to be
minimized by varying the thickness of box girder plates while in the second case, the
sum of the girder and main cable volume is sought to be minimized by considering both
box girder thicknesses as well as the main cable area as design variables. For both cases,
the optimum designs must satisfy a predetermined structural reliability level against
flutter and other deterministic constraints.
In order to solve this problem, the three RBDO methods mentioned above are
programmed in Matlab code, which calls Abaqus finite element models to obtain
structural responses and FLAS code, developed by our research group, to perform
flutter analysis. Prior to the resolution of the RBDO problem, reliability analyses of
bridge flutter are performed in order to obtain the safety level of the original bridge
design. The proposed RBDO formulations are applied to two bridge example of the Great Belt East Bridge in Denmark and the Messina Bridge project in Italy. The results
obtained by different RBDO methods are then compared for their accuracy and
computational efficiency. [Resumo]
Aplicouse optimización probabilista (RBDO) a pontes colgantes de gran van
considerando condicións de flameo mediante tres métodos diferentes, que teñen por
nome en inglés, Reliability Index Approach, Performance Measure Approach e
Sequential Optimization and Reliability Assessment. Considérase a existencia de
incerteza na velocidade extremal de vento no emprazamento da ponte, e nas funcións de
flameo obtidas experimentalmente en túnel de vento. Estúdanse dous casos de
optimización probabilista; no primeiro unicamente optimízase o volume do caixón da
ponte variando os espesores das chapas que forman o caixón, mentres que no segundo
minimízase tanto o volume dos cables principais como o taboleiro da ponte. En ambos
os casos, deséxase obter deseños óptimos que satisfagan un valor prefixado da
seguridade estrutural fronte a flameo ademais doutras restricións de tipo determinista.
Para resolver este problema, prográmanse en Matlab os métodos de RBDO
mencionados anteriormente, código que executa un modelo de elementos finitos
realizado en Abaqus para obter as respostas estruturais e o código FLAS, desenvolvido
polo noso grupo de investigación, para realizar a análise a flameo. Antes de resolver o
problema de RBDO realízanse distintas análises de fiabilidade para coñecer o nivel de
seguridade estrutural da ponte co seu deseño orixinal. As formulacións de RBDO propostas aplicáronse a dous exemplos de pontes colgantes de gran van: o Great Belt
East Bridge en Dinamarca e o proxecto da Ponte de Messina en Italia. Os resultados
obtidos polos diferentes métodos de RBDO compáranse en termos de precisión e
eficiencia computacional.
Palabras chave
Puentes colgantes-Aerodinámica
Optimización matemática
Puentes-Diseño y construcción
Optimización matemática
Puentes-Diseño y construcción
Dereitos
Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional