Authors: Lau, D T.; Brown, T; Cheung, M S.; Li, W C.

Source: Canadian Journal of Civil Engineering, Volume 31, Number 2, February 2004 , pp. 379-390(12)

Publisher: NRC Research Press

Abstract:

The Confederation Bridge is the world longest spanned prestressed concrete box girder bridge standing in salt water. This bridge is subjected to severe dynamic loads, such as transverse loads and vibrations, induced by strong winds and stormy sea waves, destructive seismic loads from possible ground shaking, and impact loads from heavy vehicles and huge ice floe. Therefore, the dynamic behavior of the bridge is a very important factor affecting its safety and serviceability. In the present study, a three-dimensional (3-D) model using shell elements is developed to investigate the free vibration behavior of one repetitive unit, while a frame model using 3-D beam elements is employed to simulate dynamic responses of two repetitive units with a drop-in span. The effects of nonstructural mass, pier–water interaction and foundation flexibility on free vibration behavior are also studied by means of the frame model. The results are representative for the entire bridge because of the repetitiveness in the bridge configuration. Further, field data from pull tests are used to calibrate the finite element models. Computer simulation of the pull test using the calibrated frame model correlates reasonably well with the field data.Key words: Confederation Bridge, numerical modeling, finite element model, model calibration, pull test, computer simulation.

Le pont de la Confédération est le pont à multi-travées le plus long du monde fabriqué de poutres en caisson en béton précontraint érigé dans l'eau salée. Ce pont est soumis à de fortes charges dynamiques telles que des charges et des vibrations transversales induites par les forts vents et les vagues des tempêtes en mer, des charges sismiques destructrices provenant d'un possible tremblement de terre et des charges d'impact causées par les véhicules lourds et de très grands floes. Ainsi, le comportement dynamique du pont est un facteur très important affectant sa sûreté et son état de fonctionnement. La présente étude examine un modèle tridimensionnel utilisant des éléments de l'enveloppe développé pour examiner le comportement en vibration libre d'une unité répétitive, alors qu'un modèle de structure utilisant des éléments de poutres tridimensionnels est employé pour simuler les réponses dynamiques de deux unités répétitives d'un tablier intermédiaire. Les effets de la masse non structurelle, l'interaction pilier-eau et la flexibilité de la fondation par rapport au comportement en vibration libre sont également étudiés par le modèle de structure. Les résultats sont représentatifs du pont en entier en raison de la répétitivité de la configuration du pont. De plus, les données sur le terrain provenant de tests d'arrachement sont utilisées pour étalonner les modèles d'éléments finis. Une simulation par ordinateur du test d'arrachement utilisant le modèle de structure étalonné correspond relativement bien aux données obtenues sur le terrain.Mots clés : pont de la Confédération, modélisation numérique, modèle d'éléments finis, étalonnage du modèle, test d'arrachement, simulation par ordinateur.[Traduit par la Rédaction]

Document Type: Research article

Publication date: 2004-02-01

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