Modelagem numérica de uma ponte rodoferroviária mista de aço e concreto com laje protendida
Carregando...
Data
Autor(es)
Título da Revista
ISSN da Revista
Título de Volume
Editor
Universidade Federal de Minas Gerais
Descrição
Tipo
Dissertação de mestrado
Título alternativo
Primeiro orientador
Membros da banca
João Victor Fragoso Dias
Rodrigo Barreto Caldas
Rodrigo Barreto Caldas
Resumo
O presente trabalho apresenta a modelagem numérica de uma ponte rodoferroviária sobre o rio Tocantins com extensão total de 2344 m. A superestrutura é dividida em cinco trechos em vigas contínuas constituídas por um caixão metálico solidarizado a um tabuleiro de concreto protendido na região dos apoios. Cada trecho típico possui dez vãos de 55 m, exceto o trecho central, com dois vãos de 44 m e um vão de 77 m com arco superior atirantado. Os trechos podem ser considerados de forma independente devido a presença de juntas entre eles. O emprego simultâneo da tecnologia construtiva de estruturas mistas com concreto protendido não é usual e, neste caso, a protensão na região dos apoios tem como um de seus objetivos reduzir a fissuração e, consequentemente, evitar a infiltração de água no caixão misto. Ressalta-se que a perda de protensão ao longo do tempo pode resultar na perda da estanqueidade desse elemento estrutural podendo acelerar assim os processos de degradação. Por se tratar de um sistema estrutural particular, seu comportamento ainda carece de descrição na literatura, enquanto modelos simplificados de cálculo podem ser muitas vezes insuficientes. Neste trabalho, é apresentada uma metodologia numérica para análise desta ponte, utilizando o Método dos Elementos Finitos, implementado através do software ANSYS Mechanical APDL. Para a simulação da ponte, um dos trechos foi modelado. No intuito de reduzir o custo computacional, uma parte correspondente a um vão e meio na região do apoio foi modelada em elementos de casca, enquanto o restante foi representado por elementos de barra equivalentes, realizando-se uma compatibilização entre esses trechos por meio de elementos rígidos. Resultados de extensometria foram comparados à resposta numérica e indicaram que o modelo proposto é capaz de reproduzir bem o comportamento da estrutura. Desta forma, foi possível realizar as verificações dos estados limites de serviço, constatando-se que, para as premissas adotadas, a estrutura não apresenta formação de fissuras que comprometam a resistência e funcionamento.
Abstract
This study presents the numerical analysis of a road-rail bridge over the Tocantins River, with a total length of 2,344 m. The superstructure consists of composite beams with prestressed concrete at the internal supports, divided into five continuous segments. Each typical segment comprises ten spans of 55 m, except for the central segment, which includes two spans of 44 m and one span of 77 m with an upper arch. The segments can be considered independently due to the presence of expansion joints between them. The simultaneous use of composite steel-concrete structural systems with prestressed concrete is relatively uncommon. In this case, the prestressing at the supports is intended, among other purposes, to reduce concrete cracking and, consequently, to prevent water infiltration into the composite box section. It should be noted that prestress losses over time may compromise the watertightness of this structural element and potentially accelerate deterioration processes. Considering the distinctive characteristics of this structural system, its behavior remains insufficiently addressed in the literature, while simplified analytical models are often inadequate. In this work, a numerical methodology for the analysis of this bridge is presented, employing the Finite Element Method through the software ANSYS Mechanical APDL. One of the bridge segments was modeled for the simulation. A part corresponding to one and a half spans in the support region was modeled with shell element, while the remaining spans were represented by equivalent beam elements, to reduce computational cost. Compatibility between these parts was ensured through rigid elements. Strain gauge measurements were compared with the numerical response, indicating that the proposed model accurately reproduces the structural behavior. Thus, the service limit state verifications were performed, indicating that, under the adopted assumptions, the structure does not exhibit cracking that would compromise its structural capacity or service performance.
Assunto
Engenharia de estruturas, Modelagem matemática, Pontes de concreto, Pontes ferroviárias, Concreto protendido - Pontes
Palavras-chave
Ponte mista em aço e concreto, Concreto protendido, Análise numérica, Ponte rodoferroviária, Fissuração