Application of the precursor transformation method to investigate cable tension influence in La Plata Bridge in Puerto Rico

Abstract

Bridge engineers are becoming more interested in structural health monitoring of cable stayed bridges in order to understand and mitigate problems such as from vibrations, fatigue, and corrosion. La Plata Bridge in Naranjito, Puerto Rico suffers from a ‘wavy’ deck profile with visible undulations that significantly differ from the design and which are inappropriate for traffic. Thus, there is an ongoing effort to investigate La Plata Bridge to identify resulting structural problems, to undertake corrective actions, and to plan future monitoring and preventative measures. The objective of this thesis is to test the hypothesis that variations in the cable forces away from their design forces can explain the irregular deck profile. This was accomplished by (i) building a model of the bridge with the computer software SAP2000 consisting principally of cable elements and beam elements, (ii) applying the Precursor Transformation Method (PTM) to determine the sensitivity of vertical deck displacement with respect to perturbations in cable strain (realized by equivalent temperature changes), and (iii) determining the linear combination of these perturbed deck displacements that optimally match experimentally measured displacements of the deck (by optical survey). A set of test cases with known hypothetical cable damage are performed that validate the ability of the SAP2000 model and the application of the PTM to predict these damages. However, when we apply the PTM to the measured survey data, the resulting precursors are not physically reasonable. These results suggest variations in cable tension do not sufficiently explain the irregular deck profile.

Los ingenieros de puentes están cada vez más interesados en la salud estructural de puentes atirantados con el fin de comprender y mitigar los problemas tal como vibraciones, fatiga, y corrosión. En el puente de La Plata en Naranjito, Puerto Rico la losa sufre de un perfil ‘ondulado’ que a la vez difiere significativamente del diseño y que no son apropiadas para el tráfico. Por lo tanto, hay un esfuerzo para investigar el puente para identificar problemas estructurales, para emprender acciones correctivas, planificar futuro monitoreo y medidas preventivas. El objetivo de esta tesis es probar la hipótesis de que las variaciones en las fuerzas de cable en comparación con las fuerzas de diseño original puedan explicar el perfil ondulado de la losa. Esto se logró mediante (i) la construcción de un modelo del puente con SAP2000 que consiste principalmente de elementos de cable y elementos de viga, (ii) la aplicación del método de Transformación de Precursores (PTM) para determinar la sensibilidad de desplazamiento vertical de la losa con respecto a las perturbaciones en la tensión de los cables (realizado por los cambios de temperatura equivalentes), y (iii) la determinación de la combinación lineal de estos desplazamientos perturbados que mejor igualan a los desplazamientos medidos experimentalmente de la losa (por topografía óptica). Se realizaron un conjunto de casos con daño hipotético en los cables que validó el modelo hecho en SAP2000 y la aplicación del PTM para predecir estos daños. Sin embargo, cuando se aplicó el PTM con la data experimental (topografía), los precursores resultantes no son físicamente razonables. Estos resultados sugieren que las variaciones en tensiones en los cables no explica el perfil ondulado de la losa.