As pontes estaiadas são pontes que consistem de um tabuleiro suportado por cabos retos e inclinados (estais) fixados nos mastros. Este tipo de estrutura é altamente hiperestática, bastante sensível à seqüência construtiva, mas mesmo assim aceitando, por conta a flexibilidade do tabuleiro uma considerável gama de esforços de instalação dos estais. É importante escolher uma distribuição inicial apropriada para esses esforços sob carregamento permanente tal que a flexão no tabuleiro seja limitada. A presente pesquisa tem como objetivo estudar diferentes métodos para a obtenção de uma boa distribuição de esforços nos estais em pontes estaiadas. Os métodos estudados nesta pesquisa são: o método do tabuleiro articulado (uma articulação em cada cruzamento com os estais - MTA), o método de anulação dos deslocamentos (MAD), o método de anulação das reações em apoios fictícios (MAR) e o método de anulação dos deslocamentos ao longo do processo construtivo. A idéia final de todos eles é obter para o tabuleiro uma resposta próxima à de uma viga continua. Porém, se for necessário, pode-se controlar também os deslocamentos do mastro. Os três primeiros métodos são estudados para a configuração final da ponte, mas também foram verificados seus resultados considerando o processo construtivo, já que durante esta etapa ocorrem variações nos esforços internos da ponte alterando assim o resultado final. Todos os resultados são comparados com a finalidade de escolher um método que além de controlar a configuração final da ponte apresente uma distribuição aceitável de esforços ao final da construção. Desta forma, pode-se obter uma boa estimativa dos esforços de instalação dos estais. / Cable-stayed bridges consists of a deck supported by inclined and straight cables anchored to the pylons. This type of structure is highly hyperestatic and quite sensitive to the construction sequence, but yet supporting a considerable range of loadings from the cable installation due to the deck flexibility. Nevertheless, due to the deck flexibility the cables can accept a considerable range of loadings. It is important to choose an appropriate initial distribution for those loadings under permanent load, so that the bending moment on the bridge deck is limited. The main goal of this research is to study the different methods for obtaining a good load distribution in cables in cable-stayed bridges. The methods that are studied in this research are: The articulated deck method (there is a joint in every cable-deck junction - MTA), the zero displacement method (MAD), the ficticious support force equilibrium method (MAR), and the construction process zero displacement method. The objective of them all is to obtain a deck bending moment similar to that of a continuous beam. However, if necessary, the displacements of the pylon can be controlled. The first three methods are studied for the bridge final configuration. However, their results for the initial configuration during the construction process are also verified, since there are significant bridge internal loading variations which may change the final outcome. All the results are evaluated in order to choose a method that not also controls the bridge final configuration, but also presents an acceptable cable loading distribution at the end of the construction. This way, a good estimative of the loadings from the pylons installation can be obtained.

As pontes estaiadas são exemplos de estruturas esbeltas e flexíveis onde a capacidade de utilização dos materiais tem grande importância. Neste sentido, para garantir a melhor utilização dos materiais envolvidos (aço e concreto, por exemplo), é preciso determinar as forças de protensão aplicadas aos cabos. A melhor distribuição dos momentos fletores no tabuleiro de ponte é aquela obtida com uma viga contínua. Pontes estaiadas fornecem apoios elásticos ao tabuleiro. O presente trabalho emprega o método da anulação dos deslocamentos, MAD, para obter as forças axiais a que os cabos estarão submetidos de modo a aproximar o comportamento do tabuleiro ao de uma viga contínua. O método MAD. proporciona uma estrutura economicamente mais viável. O código computacional desenvolvido realiza análises estática e modal por meio do método dos elementos finitos, MEF. A análise estática utilizada é a não linear geométrica, considerando as não linearidades do efeito de catenária do cabo, e dos elementos submetidos à compressão. O material é assumido no campo do regime elástico linear. A ponte é modelada por elementos de treliça plana com módulo de elasticidade de Dischinger, para simular os cabos, e elementos de pórtico plano para os elementos do tabuleiro e da torre. O carregamento da estrutura considera a atuação apenas do peso-próprio dos elementos estruturais. O código computacional desenvolvido permite, também, a análise modal da estrutura a fim de determinar suas frequências naturais e modos de vibração. A análise modal pode ser realizada com a matriz de massa concentrada, ou consistente. Em relação à matriz de rigidez, a análise modal da estrutura pode utilizar a matriz de rigidez linear, para uma análise de vibrações livres, ou a matriz de rigidez tangente para as análises de vibração sob tensões iniciais. Exemplos encontrados na literatura são resolvidos com o código computacional desenvolvido para verificação e validação. / The cable-stayed bridges are examples of slender and flexible where the usability of the materials is very important structures. In this sense, to ensure the best use of the materials involved (steel and concrete, for example), one must determine the forces applied to the prestressing cables. A better distribution of the bending moments in the bridge deck is obtained with a continuous beam. Cable-stayed bridges provide elastic support to the deck. This work employs the zero displacement method, ZDM, to determine the axial forces that the cables will be subjected to in order to approximate the behavior of the deck to the one as a continuous beam. The ZDM method provides an economically viable structure. The computational code performs static and modal analysis, which are performed by using the finite element method, FEM. The static analysis is a nonlinear geometric analysis which considers the nonlinearities of the cable sag, and the compression effects on the elements. The material is assumed in the field of linear elastic regime. The bridge is modeled by elements of plane truss with Dischingers elasticity module, to simulate cables and plane frame elements for the deck and the tower elements. The structure is subjected to self-weight of the elements. The computer code developed also performs the modal analysis of the structure to determine their natural frequencies and mode shapes. The modal analysis can be carried out with the concentrated or consistent mass matrix. In relation to the stiffness matrix, modal analysis of the structure may use a linear stiffness matrix for analysis of free vibration analysis or the tangent stiffness matrix for the analysis of vibration under initial stress. Examples in the literature are solved with the computational code developed for verification and validation.

As pontes estaiadas são exemplos de estruturas esbeltas e flexíveis onde a capacidade de utilização dos materiais tem grande importância. Neste sentido, para garantir a melhor utilização dos materiais envolvidos (aço e concreto, por exemplo), é preciso determinar as forças de protensão aplicadas aos cabos. A melhor distribuição dos momentos fletores no tabuleiro de ponte é aquela obtida com uma viga contínua. Pontes estaiadas fornecem apoios elásticos ao tabuleiro. O presente trabalho emprega o método da anulação dos deslocamentos, MAD, para obter as forças axiais a que os cabos estarão submetidos de modo a aproximar o comportamento do tabuleiro ao de uma viga contínua. O método MAD. proporciona uma estrutura economicamente mais viável. O código computacional desenvolvido realiza análises estática e modal por meio do método dos elementos finitos, MEF. A análise estática utilizada é a não linear geométrica, considerando as não linearidades do efeito de catenária do cabo, e dos elementos submetidos à compressão. O material é assumido no campo do regime elástico linear. A ponte é modelada por elementos de treliça plana com módulo de elasticidade de Dischinger, para simular os cabos, e elementos de pórtico plano para os elementos do tabuleiro e da torre. O carregamento da estrutura considera a atuação apenas do peso-próprio dos elementos estruturais. O código computacional desenvolvido permite, também, a análise modal da estrutura a fim de determinar suas frequências naturais e modos de vibração. A análise modal pode ser realizada com a matriz de massa concentrada, ou consistente. Em relação à matriz de rigidez, a análise modal da estrutura pode utilizar a matriz de rigidez linear, para uma análise de vibrações livres, ou a matriz de rigidez tangente para as análises de vibração sob tensões iniciais. Exemplos encontrados na literatura são resolvidos com o código computacional desenvolvido para verificação e validação. / The cable-stayed bridges are examples of slender and flexible where the usability of the materials is very important structures. In this sense, to ensure the best use of the materials involved (steel and concrete, for example), one must determine the forces applied to the prestressing cables. A better distribution of the bending moments in the bridge deck is obtained with a continuous beam. Cable-stayed bridges provide elastic support to the deck. This work employs the zero displacement method, ZDM, to determine the axial forces that the cables will be subjected to in order to approximate the behavior of the deck to the one as a continuous beam. The ZDM method provides an economically viable structure. The computational code performs static and modal analysis, which are performed by using the finite element method, FEM. The static analysis is a nonlinear geometric analysis which considers the nonlinearities of the cable sag, and the compression effects on the elements. The material is assumed in the field of linear elastic regime. The bridge is modeled by elements of plane truss with Dischingers elasticity module, to simulate cables and plane frame elements for the deck and the tower elements. The structure is subjected to self-weight of the elements. The computer code developed also performs the modal analysis of the structure to determine their natural frequencies and mode shapes. The modal analysis can be carried out with the concentrated or consistent mass matrix. In relation to the stiffness matrix, modal analysis of the structure may use a linear stiffness matrix for analysis of free vibration analysis or the tangent stiffness matrix for the analysis of vibration under initial stress. Examples in the literature are solved with the computational code developed for verification and validation.

The aim of the doctoral thesis focuses on the static and dynamic analysis of a plan curved cable stayed and suspension pedestrian bridges suspended on a single-side of their deck. The first part of this thesis deals with an analysis of the equilibrium in the transversal direction of a deck cross section suspended on a single-side. The section and its arrangement should be designed so that the torsion caused by the deck self-weight and dead load would be minimal. This theory was verified on a simple study of a single-sided suspended section with and without prestressing. Second part of the thesis deals with the design of a study of a plan curved cable stayed pedestrian bridge. The study describes in detail a finding of an initial state of the structure and the static and dynamic analysis performed by software ANSYS. The static analysis describes the response of the structure on the most frequent variable loads only, but not design of dimensioning according to the valid codes. The dynamic analysis verifies a predisposition of the structure to the vibrations and others harmful oscillation effects. The next objective of the thesis was to design a study of a plan curved suspension pedestrian bridge suspended on a single-side. A process of an analysis of these structures has not found in any available references. Especially, the finding of an initial state of a suspension cable has not been documented anywhere and by anybody. The study was analyzed with the same geometry as the cable stayed variation in order to compare both structures. The static and dynamic analysis was performed, too. The last part of the thesis describes the verification of structural solution on a fully functional model in a 1:10 scale, proposed process of the initial state finding, response of the structures on the loading and ultimate load test. The important step is the comparison of the results of the completed physical model and the calculation model.

Disertacijoje nagrinėjama paspyrinių tiltų konstrukcijų plokštuminė elgsena ir stabilumas, taikant inovatyvius analizės metodus. Pagrindinis disertacijos tikslas – atlikti naujos paspyrinės konstrukcijos paiešką ir pasiūlyti skaičiavimo metodiką ir algoritmus naujosios konstrukcijos gniuždomų lenkiamų elementų įtempių ir deformacijų analizei bei stabilumo vertinimui taikant, visuminei analizei keliamus reikalavimus. Disertacijoje taip pat siekiama pateikti metodiką paspyrinių konstrukcijų įrąžų reguliavimui. Darbe sprendžiamos kelios grupės uždavinių, kurių pirmoji skirta naujos paspyrinės konstrukcijos ir jos elgseną reikiamu tikslumu nusakančio apibendrinto gniuždomo lenkiamo elemento su tarpine paslankia atrama skaičiuojamojo modelio netiesinei elgsenos ir stabilumo analizei. Antroji siejama tu patikslintais skaičiuojamaisiais modeliais ir analizes metodais atsižvelgiant į visuminei analizei keliamus reikalavimus. Disertaciją sudaro įvadas, 4 skyriai, rezultatų apibendrinimas, naudotos literatūros ir autoriaus publikacijų disertacijos tema sąrašai ir 3 priedai. Įvadiniame skyriuje aptariama tiriamoji problema, darbo aktualumas, aprašomas tyrimų objektas, formuluojamas darbo tikslas bei uždaviniai, aprašoma tyrimų metodika, darbo mokslinis naujumas, darbo rezultatų praktinė reikšmė, ginamieji teiginiai. Įvado pabaigoje pristatomos disertacijos tema autoriaus paskelbtos publikacijos ir pranešimai konferencijose bei disertacijos struktūra. Pirmas skyrius skirtas literatūros... [toliau žr. visą tekstą] / The dissertation investigates the issues addressed to Under-Deck Cable-Stayed (UDCS) bridge, analyses its in-plain structural behavior and stability verification with an approach of Advanced Analysis. The main objects of research include effective form-finding of steel UDCS bridge, structural behaviour and stability analysis by means of beam-column elements based on the Direct Analysis Method. The study approaches a few main tasks such as a new form of UDCS bridge by accounting for the economical and efficient structural design criteria; dealing with the generalized calculation models of the additionally restrained steel beam-column elements; the development of the computational method for the direct analysis of the steel structures and especially bridges using generalized calculation models and outlining practical guidelines for UDCS bridge design. The dissertation consists of five parts including Introduction, 4 chapters, Conclusions, References and 3 Annexes. The introduction reveals the investigated problem, importance of the thesis and the object of research and describes the purpose and tasks of the study, research methodology, scientific novelty, the practical significance of results examined in the thesis and defended statements. The introduction ends in presenting the author’s publications on the subject of the defended dissertation, offering the material of made presentations in conferences and defining the structure of the dissertation. Chapter 1 revises used... [to full text]