Structural behaviour and stability of steel beam-column elements in under-deck cable-stayed bridge

Abstract

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 literature. At the end of the chapter, conclusions are drawn, and tasks for the dissertation are reconsidered. Chapter 2 develops a new structural form for the UDCS bridge, deals with the calculation models of initially perfect beam-column with additional elastic restraint and suggests computational method for the solution of the non-linear problem verifying the stability of the under-deck cable-stayed bridge. Chapter 3 improves computational method, which has been proposed in Chapter 2, by accounting for imperfections. Moreover, this chapter suggests the new technique for the structural response control and practical guidelines for such structures design. Chapter 4 provides experimental investigation of three scale UDCS bridge model. 6 papers focusing on the subject of the discussed dissertation are published: one paper – in the Thomson ISI register, one paper – in conference material in Thomson ISI database, one paper – in journal quoted by Inspect database, three papers – in material reviewed during international conferences. 4 presentations on the subject have been given in conferences at international level.

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 apžvalgai nagrinėjamos problemos tematika. Antrajame skyriuje pasiūloma nauja skaičiavimo metodika paremta paspyrinių tiltų konstrukcijų ir jų elgseną atitinkančių gniuždomų lenkiamų elementų su tarpine paslankia atrama skaičiavimo modelių netiesinei analizei. Trečiajame skyriuje patikslinama antrajame skyriuje pasiūlyta metodika ir suformuotas apibendrintasis gniuždomo lenkiamo elemento su tarpine paslankia atrama skaičiuojamasis modelis, atsižvelgiant į galimas nuokrypas. Skyriaus antrojoje dalyje pateikiama metodika naujos formos paspyrinio tilto įrąžų reguliavimui ir praktinės rekomendacijos projektavimui. Ketvirtajame skyriuje aprašomi paspyrinio tilto modelio eksperimentinio tyrimo tikslas, uždaviniai, taikyta metodika ir gauti tokių tyrimų rezultatai. Disertacijos tema paskelbti 6 straipsniai: 1 – straipsnių rinkinyje, įtrauktame į Thomson ISI sąrašą, 1 – konferencijų medžiagoje, referuojamoje Thomson ISI duomenų bazėje, 1 – kitose domenų bazėse cituojamame žurnale, 3 – recenzuojamose tarptautinių konferencijų medžiagose. Disertacijos tema perskaityti 4 pranešimai tarptautinėse Lietuvos bei kitų šalių konferencijose.