A procedure for the evaluation of the equivalent static wind loads on long span bridges

The equivalent static wind loads are simple means to describe the dynamic wind forces. They are load combinations that reproduce some of the effects of the application of wind on a structure. Their use is common in the professional practice, because it allows integrating the wind loading in a normal design procedure, to some extent. A procedure is described to evaluate the equivalent static wind loads reproducing the buffeting response of bridges. The method is based on the weighted superposition of modal loads, and it takes into account the correlation existing among different modes. Full consideration is given to the aerodynamic modal coupling, so that the process retains its validity at high wind speeds. The procedure of generating the equivalent static loads requires performing a numerical analysis of the structural response of the bridge. Such simulation is executed on the basis of the results of wind tunnel tests, which are still a necessary tool for every wind-related issue on big-scale structures. Linear simulations are carried out in both the time and the frequency domains, and their performance is compared. A simplified method, with a limited applicability, is proposed as well. The procedure is applied to a case study, the Izmit Bay Bridge in Turkey. It is a suspension bridge with a main span of 1550 m whose wind tunnel data are available. The effects of the application of the equivalent static wind loads appear to be in good agreement with the peak response to dynamic wind. The possibility to adapt the method in such a way that it can be applied when the wind forces are directly known from wind tunnel observations is finally considered.

I carichi statici equivalenti al vento sono uno strumento semplice per descrivere le forze dinamiche dovute al vento. Si tratta di combinazioni di carico che sono in grado di riprodurre una parte della risposta strutturale dovuta all’applicazione del vento. Il loro impiego è frequente nella pratica professionale in quanto consente di integrare la analisi dei carichi da vento nelle consuete procedure di progettazione, almeno parzialmente. E’ stato sviluppato un metodo per stimare i carichi statici equivalenti alla sollecitazione di buffeting, ovvero all’eccitazione di un ponte dovuta alla parte turbolenta del vento. Esso è basato sulla sovrapposizione pesata di carichi modali, tenendo conto anche della correlazione esistente tra i vari modi. Il problema dell’accoppiamento modale aerodinamico è tenuto in piena considerazione, in modo tale che il procedimento si mantenga affidabile anche a velocità del vento elevate. Il metodo per la generazione dei carichi statici equivalenti richiede di realizzare un’analisi numerica della risposta del ponte. Tale simulazione deve essere basata sui risultati di prove in galleria del vento, che costituiscono tutt’oggi uno strumento indispensabile per affrontare le progettazione al vento di grandi strutture. Simulazioni numeriche lineari sono realizzate sia nel dominio del tempo sia in quello delle frequenze, e i loro risultati sono confrontati. Viene proposto anche un metodo semplificato, il cui campo di applicazione è però limitato. La procedura di calcolo dei carichi statici equivalenti è applicata ad un caso di studio, l’Izmit Bay Bridge. Sono infatti disponibili i dati di prove in galleria del vento su tale ponte sospeso turco, la cui campata centrale è di 1550 m. I risultati dell’applicazione dei carichi statici equivalenti al vento si dimostrano essere in buon accordo con i valori di picco della risposta strutturale al vento turbolento. Infine, viene presa in esame la possibilità di adattare il metodo in modo che possa essere utilizzato anche nel caso in cui le forze del vento siano note da misurazioni dirette presso una galleria del vento.