Carolina Almeida Novaes dos Santos
Título
STRUCTURAL OPTIMIZATION OF CABLE-STAYED BRIDGES CONSIDERING THE ACTION OF PERMANENT AND TRANSITORY LOADS
Resumo
Pontes estaiadas são estruturas complexas que possuem diversas vantagens tais como apelo estético, uso econômico de materiais e método construtivo eficiente. Devido a essas vantagens e aos conhecimentos adquiridos ao longo dos anos, pontes estaiadas cada vez mais longas estão sendo construídas. Com o aumento do comprimento dos vãos, as pontes se tornam mais flexíveis e uma análise cuidadosa das forças de vento se torna crucial para o projeto. O modelo numérico desenvolvido é baseado no Método dos Elementos Finitos (MEF), Real Coded Genetic Algorithm (RCGA) e Discrete-Phases Design Approach. As variáveis são divididas em duas categorias: (i) variáveis principais otimizadas diretamente pelo RCGA, (ii) variáveis secundárias otimizadas indiretamente por meio das fases discretas. Forças de vento devidas ao buffeting são consideradas como forças equivalentes estáticas, validadas através de correlação teórico-experimental. Esta eficaz ferramenta é utilizada para avaliar a importância de se considerar as cargas caminhões juntamente com as cargas uniformemente distribuídas, forças de vento devidas ao buffeting e fenômenos aeroelásticos no processo de otimização de pontes estaiadas. Os resultados mostram que a combinação de carga crítica considera a ação do vento e que os fenômenos aeroelásticos exercem influência na otimização quando velocidades de vento mais elevadas são consideradas.
Cable-stayed bridges are complex structures with several advantages such as aesthetical appeal, economic use of materials, and efficient construction method. Due to these advantages and the extensive knowledge gained from projects over the years, longer cable-stayed bridges are being constructed. As span lengths increase, structures become more flexible, which makes the accurate evaluation of wind loads critically important in the design of cable-stayed bridges. In this thesis, the developed numerical model is based on the Finite Element Method (FEM), the Real Coded Genetic Algorithm (RCGA), and the Discrete-Phases Design Approach. The latter classifies variables into two categories: (i) main variables are optimized directly by the RCGA, and (ii) secondary variables are indirectly optimized by the discrete phases. Buffeting wind loads are considered as equivalent static forces, which were validated through a theoretical-experimental correlation. This powerful tool is used to assess the importance of considering truck together with uniformly distributed live loads, as well as wind buffeting loads and various aeroelastic instabilities in the design optimization process. Results show that the most critical load combination include the wind effect, and that the critical wind velocities of aeroelastic phenomena play a significant role for high values of basic wind speeds.
