A fully numerical methodology for optimization of deck shape and cables size in long-span bridges considering aeroelastic and structural constraints

Resumen

Las técnicas de optimización estructural tienen el suficiente potencial para convertirse en una formidable herramienta en el diseño de puentes de gran vano. La búsqueda de diseños más eficientes y fiables conlleva a la consideración de variables de forma en la sección del tablero, que es uno de los elementos fundamentales del puente. Esto afecta a la aerodinámica del tablero, así como a sus propiedades mecánicas, y en consecuencia a la respuesta aeroelástica del puente. Por tanto, un procedimiento numérico que pretenda optimizar puentes de gran vano está obligado a considerar variaciones en la forma del tablero, incluyendo condiciones de diseño relacionadas con las respuestas estructurales y aeroelásticas del puente. Consecuentemente, la velocidad de flameo del puente debe ser calculada numéricamente para cada diseño propuesto por el algoritmo de optimización. Este trabajo presenta un método innovador para llevar a cabo la optimización de forma del tablero y de tamaño de los cables de un puente atirantado de gran vano, considerando simultáneamente condiciones aeroelásticas y estructurales. Las variables de diseño consideradas en los ejemplos de aplicación que se presentan en esta tesis son las áreas y las fuerzas de pretesado de los cables, el espesor de las chapas del tablero y variables relacionadas con la forma de la sección transversal del tablero. La condición aeroelástica, concretamente la velocidad de flameo, se evalúa mediante un proceso puramente computacional desarrollado en el presente trabajo. Además, se presentan un conjunto de estudios de variación de parámetros con la finalidad de facilitar la comprensión de los diseños óptimos obtenidos. La metodología propuesta se ha aplicado satisfactoriamente a dos puentes atirantados con longitud de vano principal de 658 y 1316 metros.