Optimum design of composite twin-girder road bridges

Abstract

ABSTRACT: Composite structures have not been able to compete in Spain with more conventional prestressed concrete bridges in the lower range of medium spans (30 - 90 m.). In this context, twin-girder sections are revealed as a more competent typology because of its sobriety, ease of construction and good structural performance. At present the optimal character of the designs in structural projects is rarely challenged. The present study undertakes an in-depth analysis of the twin-girder section, involving a complete optimisation for the deck. To this end a specific 2D grillage model has been developed, integrating the composite and evolutive character of twin-girder decks, as well as the instability phenomena inherent to thin-walled structures. Several conclusions are drawn after a parametric calculation using this model, regarding the optimum dimensions of all the variables that define the twin-girder section. These conclusions crystallise in a series of formulas that can be used as a design guide.

RESUMEN: Las estructuras mixtas no han sido capaces de competir en España con las obras de hormigón pretensado en el rango inferior de las luces medias (30 - 90 m). En este contexto, la sección bijácena se erige como tipología más competente por su sobriedad, facilidad constructiva y buen rendimiento estructural. En la actualidad raramente se cuestiona el carácter óptimo de los diseños propuestos en los proyectos de estructuras. En el presente estudio se desarrolla un análisis profundo de la tipología bijácena, planteándose la optimización completa de un tablero definido con todas sus variables de forma estricta. Para ello se desarrolla un modelo específico de emparrillado plano, que integra el carácter mixto y evolutivo de los tableros con sección bijácena, así como los fenómenos de inestabilidad propios de las estructuras confeccionadas con chapas delgadas. Tras efectuar un cálculo paramétrico en abanico y empleando un método de optimización combinatoria se extraen diversas conclusiones relativas a las dimensiones óptimas de las variables que definen la tipología bijácena. Estas conclusiones se cristalizan con una serie de fórmulas de proyecto que pueden servir de guía de diseño a la hora de plantear la idoneidad de esta tipología.