This thesis focuses on optimisation of single span steel-concrete composite high-speedrailway (HSR) bridges. The research aims to investigate how different parameters, suchas span length, steel grade, cross-section type, and damper usage, influence the designof optimised bridges. A case-study bridge with an installed long-term monitoring systemis used in a model updating procedure using error domain model falsification (EDMF)and then optimised by a Genetic Algorithm (GA). Then, a parametric study on theaforementioned parameters is performed, using the bridge as a reference.The thesis is a compilation of three papers, in which the first, Paper I, a simplified 2D FEmodel of a simply supported bridge was calibrated using EDMF. A sensitivity analysiswas performed to investigate the parameters that govern the dynamic response. Thedecisive parameters were then updated using falsification to obtain accurate parameterranges. It is shown that the most accurate dynamic behaviour is achieved using updatedmaterial parameters instead of Eurocode parameters, and that falsification is an efficientapproach to perform model calibration.In Paper II, the calibrated model was subjected to an optimisation procedure, wherethe mass of the steel girders of the bridge was minimised. The constraints were Eurocodedesign limits in the ultimate limit state (ULS), serviceability limit state (SLS), and fatiguelimit state (FLS). Dynamic evaluation was performed using a single degree of freedom(SDOF) system and Duhamel’s integral. Two optimisations were performed, one thatincluded retrofitted viscous dampers on the bridge, and one that did not. Using accuratematerial parameters obtained in Paper I, results show that the ULS in conjunction withaccelerations limits the design of the bridge.In Paper III, the case-studied bridge from the previous two papers was subjected to aparametric study. Instead of using calibrated material parameter values, Eurocode valueswere used to provide generality. In the parametric study, simply supported steel-concretecomposite railway bridges were optimised to investigate how different parameters affectedthe optimised design. Five different steel grades (S235, S275, S355, S420, and S460), 51different span lengths (from 20-70 m using 1 m increments) and four different cross-sectiontypes (double I-girders, semi-box girder with joined lower flanges, double box girdersand box girder with inclined webs) were analysed. Results indicate that accelerationsand stresses in the SLS limit the design. Results also indicate that the double I-girderprovide the lowest mass, and that mass of the steel girders (expressed in kg/m) is virtuallyunchanged for span lengths from 20-50 m.

Denna licentiatuppsats är inriktad mot optimering av fritt upplagda samverkansbroar i betong och stål för höghastighetsjärnväg. Syftet med forskningen är att undersöka hur olika parametrar, såsom spännvidd, stålkvalitet, tvärsnittstyp och användning av dämpare påverkar utformningen av optimerade tvärsnitt. En fallstudiebro med ett installerat långtidsövervakningssystem används för en modelluppdatering med hjälp av EDMF (error domain model falsification) och optimeras därefter med hjälp av en genetisk algoritm. Därefter görs en parameterstudie av ovan nämnda parametrar med bron som referensbro.

Uppsatsen baseras på tre artiklar. I den första, Artikel I, genomfördes en kalibrering av en förenklad 2D-finitelementmodell av en enspannsbro med EDMF. En känslighetsanalys genomfördes för att undersöka vilka parametrar som styr det dynamiska beteendet hos bron. De mest kritiska parametrarna uppdaterades därefter genom falsifiering för att erhålla relevanta värden. Resultaten visar att bäst överensstämmelse i den dynamiska responsen fås med kalibrerade materialparametrar jämfört med Eurokoderna, samt att falsifiering är en effektiv metod för att genomföra modellkalibrering.

I Artikel II genomgick den kalibrerade modellen en optimeringsprocess där målet var att minimera massan hos brokonstruktionens bärande stålbalkar. Begränsningar i optimeringen utgjordes av dimensioneringskrav enligt Eurokoderna i brottgränstillstånd, bruksgränstillstånd samt utmattningsgränstillstånd. Den dynamiska analysen av bron genomfördes genom att förenkla bron till ett enfrihetsgradssystem för att därefter använda Duhamels integral. Två optimeringar genomfördes – en där bromodellen innefattar eftermonterade dämpare, och en utan. Med hjälp av materialparametrar från Artikel I visar resultaten från optimeringen att brottgränstillstånd i samverkan med accelerationskraven var avgörande vid dimensionering.

I Artikel III genomfördes en parameterstudie, där den tidigare kalibrerade bron användes som referensbro. Istället för kalibrerade värden på materialparametrar användes parametervärden givna i Eurokoderna för att uppnå generell tillämplighet av resultaten. I den parametriska studien optimerades fritt upplagda samverkansbroar för att undersöka hur olika parametrar påverkar det optimerade tvärsnittet. Fem olika stålkvaliteter (S235, S275, S355, S420 och S460), 51 olika spännvidder (från 20-70 m i steg om 1 m) samt fyra olika tvärsnitt (dubbel I-balk, halv lådbalk med sammanfogade underflänsar, dubbla lådbalkar, samt lådbalk med lutande liv) analyserades. Resultaten indikerar att accelerationer och spänningar i bruksgränstillståndet begränsar utformningen. Resultaten visar även att de dubbla I-balkarna resulterar i lägst massa och att massan hos stålbalkarna (uttryckt i kg/m) i stort sett är oförändrad för spännvidder mellan 20 och 50 meter.