Influence of aeroelastic parameters uncertainty into the reliability of long-span bridges against extre me wind loads

Abstract

[Abstract] This work presents an investigation into the influence of aeroelastic parameters on the reliability of bridges subjected to extreme wind loads. The increasing span lengths of recent suspension bridges necessitate a more detailed and precise examination of their behavior in the face of aeroelastic phenomena. Phenomena such as flutter or buffeting can lead to structural serviceability issues or even structural collapse. Therefore, analyses of these phenomena have been conducted in specific cases of largespan bridges, considering various parameters influencing the structure’s response to aeroelastic phenomena. These considerations encompass factors such as the impact of static deformation on the aeroelastic behavior of the bridge deck and the incorporation of mechanical dampers to enhance structural damping. Furthermore, the parameters governing these phenomena carry associated uncertainties due to diverse factors. This uncertainty has been characterized, and a reliability analysis has been carried out using a probabilistic approach, determining the probability of structural failure considering aeroelastic phenomena. This probabilistic approach has been applied to a large-span bridge, introducing the most critical aeroelastic parameters as random variables. The probability of structure failure has been assessed, considering both flutter and buffeting phenomena. This comprehensive analysis provides insights into the robustness and reliability of the structure under extreme wind load phenomena, contributing to a more informed understanding of its aeroelastic performance.

[Resumen] Este trabajo presenta una investigación sobre la influencia de parámetros aeroelásticos en la fiabilidad de puentes sometidos a cargas de viento extremas. El aumento de la longitud de vano en puentes colgantes recientes requieren un examen más detallado y preciso de su comportamiento frente a fenómenos aeroelásticos. Fenómenos como el flameo o el bataneo pueden dar lugar a problemas de servicio estructural o incluso al colapso de la estructura. Por lo tanto, se han realizado análisis de estos fenómenos en casos específicos de puentes de gran envergadura, teniendo en cuenta diversos parámetros que influyen en la respuesta de la estructura a los fenómenos aeroelásticos. Estas consideraciones abarcan factores como el impacto de la deformación estática en el comportamiento aeroelástico del tablero del puente y la incorporación de amortiguadores mecánicos para mejorar el amortiguamiento estructural. Además, los parámetros que rigen estos fenómenos conllevan incertidumbres asociadas debido a diversos factores. Esta incertidumbre se ha caracterizado y se ha realizado un análisis de fiabilidad utilizando un enfoque probabilístico, determinando la probabilidad de fallo estructural considerando los fenómenos aeroelásticos. Este enfoque probabilístico se ha aplicado a un puente de gran envergadura, introduciendo los parámetros aeroelásticos más críticos como variables aleatorias. Se ha evaluado la probabilidad de fallo de la estructura, teniendo en cuenta tanto el flameo como el bataneo. Este análisis proporciona información sobre la solidez y fiabilidad de la estructura bajo influencias de fenómenos provocados por vientos extremos, contribuyendo a una comprensión más detallada de su comportamiento aeroelastico.

[Resumo] Este traballo presenta unha investigación sobre a influencia de parámetros aeroelásticos na fiabilidade de pontes sometidos a cargas de vento extremo. O aumento da lonxitude do vano en pontes colgantes recentes require un exame máis detallado e preciso do seu comportamento fronte a fenómenos aeroelásticos. Fenómenos como o flameo ou o bataneo poden dar lugar a problemas de servizo estrutural ou mesmo ao colapso da estrutura. Por iso, realizaronse análises destes fenómenos en casos específicos de pontes de gran envergadura, tendo en conta diversos parámetros que inflúen na resposta da estrutura aos fenómenos aeroelásticos. Estas consideracións abranguen factores como o impacto da deformación estática no comportamento aeroelástico do taboleiro do ponte e a incorporación de amortecedores mecánicos para mellorar o amortecemento estrutural. Ademais, os parámetros que rexen estes fenómenos conlevan incertezas asociadas debido a diversos factores. Esta incerteza caracterizouse e realizouse unha análise de fiabilidade utilizando un enfoque probabilístico, determinando a probabilidade de fallo estrutural considerando os fenómenos aeroelásticos. Este enfoque probabilístico aplicouse a unha ponte de gran envergadura, introducindo os parámetros aeroelásticos máis críticos como variables aleatorias. Avaliouse a probabilidade de fallo da estrutura, tendo en conta tanto o flameo como o bataneo. Esta análise fornece información sobre a solidez e fiabilidade da estrutura baixo influencias de fenómenos provocados por ventos extremos, contribuíndo a unha comprensión máis detallada do seu comportamento aeroelástico.