Numerical simulation of the span-wise coherence of aerodynamic forces for a long-span bridge under turbulent wind action

The wind induced loads caused by the buffeting actions of the turbulent wind on long-span bridges are the object of this thesis, in particular the Braila bridge, which is under construction in Romania. Starting from a Fourier Transform (FFT) frequency domain approach, it has been developed a numerical model that works by means of Power Spectral density (PSD), both for the generation of the PSD of the lagrangian component of the wind (Input), and the PSD of the response of bridge deck itself (Output). In previous years different researchers in the world have pointed out that the computation of the buffeting forces considering the strip assumption provides an important underestimation of these forces. The current buffeting theory based on the strip assumption did not suffice to represent the measured wind loading. A review of the models available in literature of span-wise coherence of the aerodynamic forces is provided in chapter 2 At this point, it has been introduced in this frequency representation the span - wise coherence of the buffeting forces based on adapted models of Larose G. and Jakobsen J. The response of the Braila bridge deck, considering its first thirteen vibration modes, has been compared to the recorrelated case computed with both the models in chapter 3 for three different mean-wind velocities (U = 20 m/s, 50m/s, 65 m/s). In the end of this work, considerations about how to consider the recorrelation of the buffeting forces in the bridge deck response without computing the span-wise coherence have been made for each wind velocity.

I carichi aerodinamici causati dall'azione turbolenta del vento su ponti di lunghezze elevate sono oggetto dello studio fatto in questa tesi. Nello specifico verrà trattato il caso del ponte Braila che è in costruzione in Romania. Partendo da un approccio in frequenza che usa le trasformate di Fourier, è stato sviluppato un programma che lavora mediante densità di potenza spettrale (PSD). Tale approccio è stato seguito sia per la creazione della PSD della lagrangiana del vento in ingresso (Input), che per il calcolo della risposta del deck del ponte Braila in forma di PSD (Output). Negli anni passati molteplici studiosi hanno evidenziato come il calcolo delle forze indotte dalla turbolenza (buffeting) mediante la strip assumption causi una importante sottostima di tali forze. Per tale motivo questa assunzione in molti casi non è adeguata per il calcolo di questi contributi. Una revisione dei modelli di ricorrelazione presenti nella letteratura scientifica è presente nel capitolo 2. A questo punto è stata introdotta nel modello numerico che fa uso di PSD la ricorrelazione delle forze aerodinamiche, adattando i modelli di Larose G. e Jakobsen J. mediante fitting numerico e processo di adimensionalizzazione. La risposta del deck del ponte Braila tenendo in considerazione i suoi primi tredici modi di vibrare è stata confrontata con quella calcolata mediante i modelli di ricorrelazione nel capitolo 3 per tre differenti velocità medie del vento (U = 20 m/s, 50 m/s, 65 m/s). Alla fine di questo lavoro sono state fatte considerazione su come tenere conto della ricorrelazione numerica delle forze di buffeting, considerando un numero di sezioni ridotto rispetto al caso originale.