Minimizing end stress in bridge stay cables

Abstract

The construction of cable stayed bridges has grown substantially in the last couple of decades, leading to increased concerns about their life and health. One of the main concerns of cable stayed bridge design is the high stress concentrations at the end of the cables. Nondimensionalized models are developed and presented that indicate end stress over a wide range of typical and limiting values of cable parameters. Several tables of graphs are generated that clearly show these behaviors. In particular, it is shown that the high concentration of stresses at the end of the cables can be greatly reduced by appropriately adjusting the combination of prescribe end rotation and the application of a spring near the end of the cable. In addition, three dynamic magnification factors are developed that serve to estimate the additional moments and stresses caused by dynamic loading, given any set of cable properties. This is particularly important for estimating stresses due to fatigue. The analyses and presentation of results in graphical form will enable engineers and designers to better understand the influences of key cable parameters, and will thus serve as important design aids.

La construcción de puentes atirantados ha crecido sustancialmente en los últimos años, dando lugar también a un aumento en las preocupaciones relacionadas a su vida útil. Una de las principales preocupaciones de diseño de los puentes atirantados es la alta concentración de esfuerzos en el extremo de los cables. Se desarrollaron y presentaron modelos adimensionales que indican el esfuerzo en el extremo sobre un amplio rango de valores típicos y límites de parámetros de cable. Se generaron varias series de gráficas que claramente muestran estos comportamientos. En particular, se muestra que las altas concentraciones de esfuerzos en el extremo de los cables pueden ser reducidas grandemente ajustando adecuadamente la rotación en el extremo del cable e introduciendo la aplicación de un resorte cerca del extremo. Adicionalmente, tres factores de magnificación dinámica se desarrollaron que funcionan para estimar los momentos y esfuerzos adicionales causados por cargas dinámicas, dado cualquier conjunto de propiedades de cable. El análisis y la presentación de resultados de forma gráfica ayudarán a los ingenieros y diseñadores a entender mejor las influencias de varios parámetros claves, y por lo tanto servirán de ayudas importantes de diseño.