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Tabuleiros de Pontes em Treliça Mista

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  • Tabuleiros de Pontes em Trelia Mista

    Orlando Paulo Simes Ochoa Videira

    Dissertao para a obteno do Grau de Mestre em:

    Engenharia Civil

    Presidente: Prof. Doutor Pedro Guilherme Sampaio Viola Parreira

    Orientador: Prof. Doutor Antnio Jos Lus dos Reis

    Vogal: Prof. Doutor Francisco Baptista Esteves Virtuoso

    Outubro 2009

  • Tabuleiros de Pontes em Trelia Mista 2009

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    TABULEIROS DE PONTE EM TRELIA MISTA

    Resumo

    Na realizao deste trabalho, e de modo a dar seguimento a estudos j efectuados nesta rea no Laboratrio de Estruturas e Resistncia dos Materiais do Instituto Superior Tcnico, ser desenvolvido um modelo laboratorial escala 1:5 de um tabuleiro de ponte em trelia mista formada por perfis metlicos de seco oca circular.

    Atravs de um ensaio de cargas estticas controladas pretende-se estudar o comportamento desta estrutura em fase elstica e em fase plstica atingindo o Estado Limite ltimo em duas seces de momento com sinal contrrio. Procurar-se-, antes do ensaio, prever correctamente quais as cargas que conduziro as seco ao ELU bem como, avaliar os deslocamento mximos provocados ao atingir esse estado. Essa previso basear-se- no traado dos diagramas de momento-curvatura de uma seco de momentos positivos e negativos genrica, e na utilizao do Princpio dos Trabalhos Virtuais.

    Ser apresentado um modelo global elstico de um exemplo de uma ponte em trelia mista, no qual se far a verificao da resistncia flexo composta com compresso associada das diagonais, segundo os mtodos previstos no EC1993 Parte 1.1 e no EC3 Parte 2 .

    Finalmente abordar-se- o tipo de ligao entre elementos metlicos de uma trelia mista, geometria, modo de fabrico e sua influncia em termos de transmisso de esforos e resistncia fadiga. Sero ainda fundamentadas as dificuldades em utilizar as abordagens comuns de verificao da resistncia fadiga previstos no EC3 Parte 1.9 quando aplicados ao projecto de pontes

    Palavras Chave:

    Trelia

    Estado Limite ltimo

    Momento-Curvatura

    Seco Oca Circular

    Fadiga

    Tabuleiro Misto

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    COMPOSITE TRUSS BRIDGE DECKS

    ABSTRACT

    The main aim of this research work is to study the structural behavior of composite truss bridge decks. A

    scale model of a composite bridge deck was built from a steel truss of CHS members with the capacity to

    mobilize the plastic resistance in all the cross sections. A static load model was performed to determine

    the ultimate flexural capacity of the most important sections in the model. Strain-data were used in

    some of the members to study the extension due to the loads. Also the displacements of the structure

    were measured at the end and in midspan sections. Test results were anticipated by theoretical values

    calculated with a moment-curvature numerical analysis and virtual work theory. After the experimental

    procedure, the two types of values were compared and the failure mode of the structure was studied.

    The present work also compares two formulae for calculating the resistance of truss members under a

    ultimate limit state of combined bending and axial compression. These efforts were obtained from a

    road bridge elastic model, also designed for this purpose. Finally some of the important aspects of the

    truss members joints were described, especially in fatigue verifications.

    Key Words:

    Truss

    Ultimate Limit State

    Moment Curvature

    Circular Hollow Section

    Fatigue

    Composite Decks

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    Agradecimentos

    Neste culminar de um trajecto acadmico que considero ter sido muito proveitoso ao nvel da minha formao pessoal e humana, a oportunidade de finalizar o curso realizando uma dissertao sobre estruturas de Pontes; constituda por uma parte analtica e outra puramente experimental, revelou-se-me uma tarefa incrivelmente aliciante.

    Agradeo ao Professor Doutor Antnio Reis pelos conhecimentos que partilhou comigo ao longo das disciplinas em que fui seu aluno mas principalmente pela oportunidade que me concedeu de realizar esta Dissertao. O acompanhamento e total disponibilidade que revelou na orientao do meu trabalho, bem como toda a bibliografia disponibilizada, foram factores de influncia preponderante para que fosse possvel levar este trajecto a bom porto.

    Queria tambm expressar os meus mais sinceros agradecimentos Teixeira Duarte S.A, na pessoa do Engenheiro Paiva Nunes, pela gentileza de me disponibilizar a estrutura metlica necessria para a realizao deste trabalho.

    Uma palavra de agradecimento tambm Unibeto S.A, e ao Fernando Costa do IST que ao perder todo o ms de Agosto comigo a trabalhar no Laboratrio permitiu que a estrutura fosse ensaiada a tempo de a Dissertao ser entregue nesta data.

    Um ltimo agradecimento minha famlia e principalmente aos meus pais, sem a amizade e o apoio deles, este percurso acadmico no teria sido possvel e a eles que eu dedico este trabalho.

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    ndice do texto

    1-Introduo

    1.1 Generalidades 1

    1.2 Objectivos 2

    1.3 Metodologia e Plano da Dissertao 2

    1.3 Sntese da reviso bibliogrfica 2

    2-Trelias de seco circular em perfis circulares ocos

    2.1 Descrio Estrutural 3

    2.2 Criao de um modelo esttico global para uma ponte rodoviria com tabuleiro em trelia mista ao

    beto 6

    2.3 Comparao entre as verificaes de resistncia compresso associada com flexo segundo o

    EN1993-1-1 e o EN1993-2 para as diagonais mais comprimidas do modelo esttico desenvolvido

    anteriormente 13

    3- Ns de perfis circulares ocos. Anlise aos efeitos da fadiga

    3.1 Geometria dos ns da Trelia 18

    3.2 Aco de fadiga em ns da trelia 20

    3.2.1 Mtodo da Tenso Nominal e Mt. da Tenso Nom. Modificada- Admissibilidade 23

    3.2.2 Mtodo da Tenso Nominal 24

    3.2.3.Mtodo da Tenso Nominal Modificada 27

    3.2.4 Mtodo da Tenso de Hot-Spot 28

    3.3. Ns soldados. Mtodo de Fabrico e Garantia de qualidade 32

    3.4 Ns pr-fabricados em ao vazado

    3.4.1 Comportamento Estrutural 33

    3.4.2 Ns pr-fabricados em ao vazado. Mtodo de Fabrico e Garantia de qualidade 36

    3.4.3 Ns pr-fabricados em ao vazado. Eficincia Econmica 37

    3.4.5 Ns pr-fabricados em ao fundido. Exemplo de aplicao 37

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    4. Pontes em Trelia Mista. Modelo Experimental

    4.1 Geometria do Modelo a Ensaiar 39

    4.2 Materiais Estruturais utilizados no modelo experimental 46

    4.3 Equipamento Utilizado na medio dos deslocamentos e extenses 49

    4.4 Esquema de ensaio 50

    4.5 Sequncia de carregamento 52

    4.6 Descrio do Mtodo Numrico Utilizado

    4.6.1 Relaes Const. dos Materiais e modelao da seco tranversal 55

    4.7. Efeito do Esforo Transverso 62

    4.8 Dados da Imputao 63

    4.9. Diagrama Momentos-Curvatura 65

    4.10 Calculo dos deslocamentos 69

    4.11 Anlise dos Resultados Experimentais 71

    4.12 Etapas do Ensaio 78

    4.13 Diagramas carga-deslocamento 81

    4.14 Diagramas carga-extenso 83

    5.Concluses 102

    Bibliografia

    ANEXOS

    ANEXO 1 1

    ANEXO 2 4

    ANEXO 3 12

    ANEXO 4 21

    ANEXO 5 24

    ANEXO 6 56

    ANEXO 7 62

    ANEXO 8 63

    ANEXO 9 64

    ANEXO 10 66

    ANEXO 11 72

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    ANEXO 12 73

    ANEXO 13 74

    ndice de figuras

    Figuras: Pg

    2.1 Seco transversal do viaduto de Lully, Suca 3

    2.2 Seco transversal e modelao de vos de ponte rodoviria 6

    2.3 Perspectiva do modelo tridimensional 7

    2.4 Aplicao da Rcp, homogeneizao da seco transversal 9

    2.5 Ligao entre elementos na modelao adoptada 10

    2.6 Aplicao da SC, homogeneizao da seco transversal 10

    2.7 Aplicao da sobrecarga rodoviria ao caso concreto em anlise 12

    2.8 Modelao da sobrecarga rodoviria regulamentar 12

    2.9 Eixos locais de flexo das diagonais 13

    2.10 Diagonal condicionante, nmero "47" 15

    3.1 N K genrico 19

    3.2 N KK genrico 19

    3.3 Viaduto de Korntal-Munchingen 20

    3.4 Aco cclica 20

    3.5 Espectro de tenso varivel 21

    3.6 Intervalo de tenso resistente de fadiga em funo do nmero de ciclos N at fadiga e da detail category 22

    3.7 Determinao da tenso de hot-spot 28

    3.8 Anlise por Elementos Finitos.Obteno de kf 29

    3.9 Influncia da no proporcionalidade de escala 31

    3.10 Variao do ngulo Y ao longo de uma soldadura circunferencial 32

    3.11 Comparao entre duas formas de soldadura 33

    3.12 Localizao dos defeitos de fundio 35

    3.13 Seco Transversal do Viaduto de St Killian 37

    3.14 Localizao dos vrios tipos de n pr-fabricado em ao vazado. 38

    3.15 Soldagem em oficina 38

    4.1 Seco transversal de meio vo e apoio, alado e planta do Modelo Laboratorial 39

    4.2 Geometria dos ns superiores da trelia metlica 41

    4.3 Geometria dos ns inferiores da trelia metlica 41

    4.4 Dimenses dos conectores utilizados e soldagem dos conectores ao modelo 41

    4.5 Armadura Transversal da Laje 42

    4.6 Construo exterior e colocao da armadura na cofragem 43

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