Assessment of coupled models of bridges considering time-dependent vehicular loading

Karaki, Ghada

Bridge vibration due to traffic loading has been a subject of extensive research in the last decades. The focus of such research has been to develop solution algorithms and investigate responses or behaviors of interest. However, proving the quality and reliability of the model output in structural engineering has become a topic of increasing importance. Therefore, this study is an attempt to extend concepts of uncertainty and sensitivity analyses to assess the dynamic response of a coupled model in bridge engineering considering time-dependent vehicular loading. A setting for the sensitivity analysis is proposed, which enables performing the sensitivity analysis considering random stochastic processes. The classical and proposed sensitivity settings are used to identify the relevant input parameters and models that have the most influence on the variance of the dynamic response. The sensitivity analysis exercises the model itself and extracts results without the need for measurements or reference solutions; however, it does not offer a means of ranking the coupled models studied. Therefore, concepts of total uncertainty are employed to rank the coupled models studied according to their fitness in describing the dynamic problem. The proposed procedures are applied in two examples to assess the output of coupled subsystems and coupled partial models in bridge engineering considering the passage of a heavy vehicle at various speeds.

Brückenschwingungen infolge von Verkehrslasten sind seit mehreren Jahrzehnten Gegenstand intensiver Forschung. Im Fokus stand hierbei im Besonderen die Entwicklung von Lösungsalgorithmen zur Ermittlung des dynamischen Bauwerkverhaltens. Begleitet ist diese Entwicklung von der Frage nach der Qualität und Zuverlässigkeit dieser Modelle für den Gebrauch im konstruktiven Ingenieurbau. In diesem Zusammenhang werden in der vorliegenden Arbeit Konzepte der Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse erweitert, um das dynamische Bauwerkverhalten unter Berücksichtigung transienter Fahrzeuglasten bei gekoppelten Modellen des Brückenbaus zu bewerten. Bestehende Sensitivitätsanalysen werden ergänzt, um diese auch unter Berücksichtigung von stochastischen Prozessen durchführen zu können. Die klassische und die erweiterte Methode werden angewandt, um relevante Eingangsparameter sowie Partialmodelle mit wesentlichem Einfluss auf die Varianz der dynamischen Strukturantwort zu identifizieren. Die mit Hilfe der Sensitivitätsanalyse ermittelbaren Kennzahlen können ohne Bezug zu einer Referenzlösung in die Modellbewertung einfließen, allerdings ist es nicht möglich, die Modelle hinsichtlich der realitätsnahen Abbildung des dynamischen Problems zu bewerten. Um dies zu ermöglichen, wurden Konzepte der Gesamtunsicherheit verwendet. Die vorgestellten Methoden wurden auf zwei Beispiele angewandt, um die Ergebnisse von gekoppelten Subsystemen und gekoppelten Partialmodellen des Brückenbaus zu evaluieren. Hierbei handelt es sich um die Überfahrt von schweren Fahrzeugen mit verschiedenen Geschwindigkeiten.

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Karaki, Ghada: Assessment of coupled models of bridges considering time-dependent vehicular loading. 2012.

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