Wind versus Linear Mechanical Loading on Thick Composite Plates of Suspension Bridge Decks: A Comparative Study Using the Rayleigh-Ritz Method

Abstract

Cet article présente une étude comparative des charges dues au vent et aux charges mécaniques linéaires sur des plaques composites épaisses de tabliers de ponts suspendus, à l'aide de la méthode de Rayleigh-Ritz. Les tabliers de ponts suspendus sont sensibles aux vibrations induites par le vent et aux charges mécaniques liées au trafic et à leur propre poids. Comprendre les effets différentiels de ces types de charges sur les plaques composites épaisses est essentiel pour une conception de ponts sûre et économique. La méthode de Rayleigh-Ritz est employée pour résoudre les équations aux dérivées partielles régissant le comportement, dérivées de la théorie de déformation par cisaillement d'ordre supérieur. Le champ de déplacement est approché par des fonctions de base trigonométriques satisfaisant des conditions aux limites d'appui simple. La fonctionnelle d'énergie potentielle totale est minimisée afin d'obtenir les coefficients de déplacement inconnus. Les résultats numériques comparent les profils de déflexion, les distributions de contraintes et l'énergie de déformation entre les charges dues au vent (modélisées par une distribution de pression parabolique) et les charges mécaniques linéaires (charge uniformément répartie). Des études paramétriques examinent les effets du rapport d'aspect de la plaque, du rapport d'épaisseur, de l'orientation des fibres et de l'intensité de la charge sur la réponse structurelle. Les résultats révèlent que les charges dues au vent produisent des déformations localisées plus prononcées près du centre de la plaque, tandis que les charges mécaniques linéaires génèrent une distribution de contraintes plus uniforme sur le tablier. La méthode de Rayleigh-Ritz présente d'excellentes caractéristiques de convergence et une grande efficacité de calcul, ce qui en fait un outil fiable pour la conception préliminaire des tabliers de ponts suspendus soumis à des charges environnementales et mécaniques combinées.