Predicted 10-year performance of the SR-18 Integral Abutment bridge over the Mississinewa River

ABSTRACT: Integral Abutment Bridges (IABs) are complex structures designed to encompass a continuously rigid assembly deprived of expansion and bearing joints. Under cyclic thermal loading, these structures operate as one unit through expanding and contracting mechanisms giving rise to passive and active earth pressures, respectively. To fully understand this compound response, a Two - Dimensional Finite Element model of the SR - 18 over Mississinewa Bridge was developed using PLAXIS. A hardening soil (HS) model was utilized to simulate the hysteretic nonlinear elasticity and stress dependent stiffness behavior of soils. The developed model was calibrated according to deformations measured during the monitoring period of the bridge. This ensures the validity of the developed FE model as well as provides an operational model template capable of conducting parametric studies and simulating the long-term performance of IABs. To challenge the ability of the HS in demonstrating the nonlinear behavior of soils, backfill earth pressures were compared to the Mohr-Coulomb (MC) constitutive model. In addition, the effects of long-term thermal loading on the behavior of the backfill soil was simulated over a 10-year period. This paper shows that the HS model exceled over the MC model in mimicking the nonlinearity of soils under lateral loading. Over the 10-year period, it was seen that the magnitude of thermal fluctuations between winter and summer seasons increased. As a result, this led to the amplification of earth pressures behind the abutment wall during passive states.

RÉSUMÉ: Les ponts de culasse intégraux (IAB) sont des structures complexes conçues pour englober un assemblage en continu rigide, dépourvu de joints de dilatation et de roulements. Sous charge thermique cyclique, la structure fonctionne comme une seule unité à travers des mécanismes d'expansion et de contraction donnant lieu à des pressions de terre passives et actives, respectivement. Pour bien comprendre cette réponse composée, un modèle à deux éléments finis dimensionnels du SR - 18 au-dessus du pont Mississinewa a été développé à l'aide de PLAXIS. Un modèle de sol durcissant (HS) a été utilisé pour simuler l'élasticité non linéaire hystérétique et le comportement de rigidité dépendant du stress des sols. Le modèle développé a été étalonné selon les déformations mesurées pendant la période de surveillance. Cela assure la validité du modèle de FE et fournit un modèle opérationnel capable de mener des études paramétriques et de simuler le rendement à long terme des CCI. Pour contester la capacité du SH à démontrer le comportement non linéaire des sols, les pressions de la terre de remblai ont été comparées au modèle constitutif Mohr-Coulomb (MC). Les effets de la charge thermique à long terme sur le comportement du sol de remblai ont été simulés sur une période de 10 ans. Cet article montre que le modèle HS a excellé par rapport au modèle MC en imitant la non-linéarité des sols sous charge latérale. Au cours de la période de 10 ans, on a constaté que l'ampleur des fluctuations thermiques entre les saisons d'hiver et d'été augmentait, ce qui a mené à l'amplification des pressions terrestres derrière le mur de culbute durant les états passifs.