Modelagem computacional de tabuleiros de pontes de concreto

Abstract

Uma ponte é constituída de três partes: superestrutura, infraestrutura e mesoestrutura.A superestrutura é constituída de lajes, vigas principais e secundárias. A mesoestrutura éconstituída de pilares. A infraestrutura é a parte da ponte que transmite as cargas ao solo:blocos de fundações e estacas. A superestrutura, ou tabuleiro, é formada por uma grelhahiperestática de vigas longitudinais (longarinas) e transversais (transversinas), sendo que este problema necessita de recursos computacionais para a sua solução. Além disso, o fato do carregamento de uma ponte ser móvel complica ainda mais a solução do problema. Neste trabalho será rodado dois modelos de pontes, com os quais serão mostrados a complexidade da determinação das distribuições de cargas no tabuleiro de uma ponte, a evolução dos métodos simplificados e o método de elementos finitos. Também serão verificados os modelos calculados com o método de elementos finitos e comparados com os métodos simplificados. Será resolvido o problema da distribuição de cargas com o emprego do método de elementos finitos, que consiste na discretização de um meio em elementos menores, mantendo as propriedades do elemento inicial. Com isso, permitindo uma análise de um problema complexo transformado em uma série de problemas simples que ao serem somados resultam no problema inicial. Após a verificação dos modelos de elementos finitos com resultados de outros autores, é feito um estudo paramétrico avaliando a influência do comprimento da ponte, do número de vigas transversinas e da espessura da laje na distribuição do carregamento móvel entre as vigas longarinas. Os resultados mostram que o uso de transversinas e o aumento da espessura da laje contribui para a redistribuição dos momentos nas longarinas sob o carregamento, e que esse efeito é maior em pontes longas do que em pontes curtas.

A bridge consists of three parts: superstructure, infrastructure, and mesostructure. The superstructure consists of slabs, main and secondary beams. The mesostructure is constituted of columns. The infrastructure is the part of the bridge that is fixed to the ground: foundations blocks and piles. The superstructure, or bridge deck, is formed by a statically indeterminate grid of longitudinal beams (girders) and transverse beams (crossbeams). This problem of structural analysis requires large computing resources for its solution. Moreover, the bridge is subject to moving loads and this further complicates the problem solution. In this work, two bridge analysis methods will be studied to show thecomplexity of determining the load distribution on the bridge deck: the simplified method ofFauchart and the finite element method. Also, the models calculated with the simplified method will be checked with the finite element method. It will be solved the problem of load distribution with the use of finite element method, which constitutes a means of discretization of the structure into smaller elements while maintaining the properties of the initial structure. Thus, it allows the analysis of a complex problem by transforming it into a series of simple problems which, when combined, result in the original problem. The finite element models are verified with numerical results of other authors. A parametric study is performed to evaluate the influence of the length of the bridge, the number of crossbeams, and the slab thickness on the load distribution. The results show that the use of crossbeams and the increase in slab thickness contributes to redistribution of the deck load and that this effect is higher in long bridges than in the short bridges.