Análise dinâmica de pontes ferroviárias incorporando a interação solo-estrutura

Gamino, André Luís; Santos, Ruan Richelly; Bittencourt, Túlio Nogueira; Futai, Marcos Massao

doi:10.1590/S1983-41952025000300003

Tabla de contenido Anterior Actual Siguiente

ORIGINAL ARTICLE • Rev. IBRACON Estrut. Mater. 18 (3) • 2025 • https://doi.org/10.1590/S1983-41952025000300003 linkcopiar

Análise dinâmica de pontes ferroviárias incorporando a interação solo-estrutura

Autoria SCIMAGO INSTITUTIONS RANKINGS

Resumo

Resumo Este artigo apresenta uma análise dinâmica de uma ponte ferroviária de concreto armado no norte do Brasil, construída em 1980, submetida à passagem de veículos ferroviários de grande carga. Um modelo geométrico parametrizado da ponte foi desenvolvido utilizando o ambiente Rhino/Grasshopper, e uma rotina de programação foi implementada no GiD para automatizar o pré-processamento e gerar saídas compatíveis com diferentes programas FEM. A análise dinâmica foi realizada considerando a interação solo-estrutura, de modo a reproduzir os modos e frequências naturais do ativo ferroviário, sendo o modelo computacional calibrado e validado com base nos resultados de identificação modal obtidos a partir de uma campanha de monitoramento estrutural do ativo. O modelo validado serviu de base para a avaliação da resiliência estrutural da ponte, indicando resultados promissores ao se empregar a estratégia de modelagem proposta.

Palavras-chav: interação solo-estrutura; método dos elementos finitos; pontes ferroviárias; análise dinâmica; resiliência

Bridge region	Material properties	Shell FE properties*
Superstructure (Model I)	E = 24 GPa; ν = 0.2; f_c = 18 MPa	Shell thick; e = 25 cm; k_{12, membrane} = 0.65
Infrastructure (Model I)	E = 21.8 GPa; ν = 0.2; f_c = 15 MPa	Shell thin; e = 17.5 cm; k_{12, membrane} = 0.80
Strengthening (Model I)	E = 29 GPa; ν = 0.2; f_c = 75 MPa	Shell thick; e = 17.5 cm; k_{12, membrane} = 1.00
Superstructure (Model II)	E = 24 GPa; ν = 0.2; f_c = 18 MPa	Shell thick; e = 50 cm; k_{11, membrane} = 0.60; k_{22, membrane} = 0.75; k_{12, membrane} = 0.85
Infrastructure (Model II)	E = 21.8 GPa; ν = 0.2; f_c = 15 MPa	Shell thin; e = 17.5 cm; k_{11, membrane} = 0.80; k_{22, membrane} = 0.80; k_{12, membrane} = 0.80

Parameters	Asset region
Parameters	Axis 2, 4, 5, 6*	Axis 3*
$a (m)$	0.50	0.35
$b (m)$	1.00	0.60
$β_{3}$	137.00	100.00
$k_{h} = k_{1} (t f / m)$	7.80	3.30
$k_{h} = k_{2} (t f / m)$	-	-
$k_{v} = k_{3} (t f / m)$	8131.00	2120.00
$k_{θ} = k_{θ_{1}} (t f ∙ m / r a d)$	55.70	7.70

Foundation depth (m)	$S P T [27]$	$σ_{a d m i n} (k N / m^{2})$	$k_{h} (k g f / {c m}^{3})$	$k_{x} = k_{y} (k N / m) *$
1.0	20.0	392.3	23536	23500
2.0	52	1019.9	81395.2	81340
3.0	63	1235.6	99047.2	98980
4.0	69	1353.3	107873	107800
5.0	72	1412.2	112776.5	112700
6.0	74	1451.4	115718.5	115640
7.0	76	1490.6	119641.1	119560

Model	Vibration mode	Period $(s)$	UX $(k N ∙ c m)$ *	UY $(k N ∙ c m)$ *	UZ $(k N ∙ c m)$ *	$\sum U X$	$\sum U Y$	$\sum U Z$
I	In-phase transversal (1)	0.5546	0.0236	3.2255	0.0029	3.1930·10^-5	5.9500·10^-1	4.7950·10^-7
	Antiphase transversal (2)	0.3422	1.0849	1.6141	0.0381	3.8132·10^-2	7.4400·10^-1	8.3600·10^-5
	Longitudinal (3)	0.1319	0.5044	0.1039	0.1342	1.3416·10^--1	8.3200·10^-1	6.8340·10^-3
	Torsional (4)	0.1014	0.0125	0.9122	0.1159	1.1588·10^-1	8.8400·10^-1	5.7300·10^-1
II	Antiphase transversal (1)	0.2682	0.0072	2.0395	0.0107	1.0741·10^-2	8.3800·10^-1	6.3520·10^-4
	Longitudinal (2)	0.1738	0.0441	0.0006	1.7926	8.7900·10^--1	8.5500·10^-1	6.000·10^-2
	Torsional (3)	0.1067	0.0119	0.5695	0.0004	9.1600·10^-1	8.7900·10^-1	6.7500·10^-1

Model	Vibration mode	Frequency $(H z)$			Deviation w/ SSI $(%)$	Deviation w/o SSI $(%)$
Model	Vibration mode	Computational w/ SSI	Computational w/o SSI	Experimental	Deviation w/ SSI $(%)$	Deviation w/o SSI $(%)$
I	In-phase transversal (1)	1.80	1.57	1.80	0.00	12.78
	Antiphase transversal (2)	3.00	2.20	2.92	2.74	24.66
	Longitudinal (3)	7.70	7.48	7.58	1.58	1.32
	Torsional (4)	9.60	8.97	9.86	2.64	9.03
II	Antiphase transversal (1)	3.70	3.24	3.73	0.80	13.14
	Longitudinal (2)	5.80	5.68	5.75	0.87	1.22
	Torsional (3)	9.30	8.46	9.37	0.75	9.71

Model	Evaluated parameter*	Computational	Experimental	Deviation.(%)
I	Vertical acceleration on the deck at the midspan between 2 and 3 axes $(m / s ²)$	2.30	2.23	3.14
	Vertical velocity on the deck at the midspan between axes 2 and 3 $(m m / s ²)$	40.93	48.98	16.44
	Longitudinal acceleration in axis 3 pile caps $(m / s ²)$	0.50	0.47	6.38
	Longitudinal velocity in axis 3 pile caps $(m m / s)$	19.35	17.52	10.45
	Vertical displacement in the main girder at axis 3 $(m m)$	0.70	0.71	1.41
	Longitudinal displacement in the main girder between axes 1 and 2 at midspan $(m m)$	0.65	0.87	25.29
	Longitudinal strain in the main girder between axes 4 and 5 at midspan $(μ)$	80.00	78.00	2.56
II	Vertical velocity on the deck at the midspan between axes 4 and 5 $(m m / s ²)$	65.00	60.00	8.33
	Longitudinal velocity in axis 4 pile caps $(m m / s)$	11.07	10.00	10.70
	Longitudinal strain in the main girder between axes 4 and 5 at midspan $(μ)$	24.80	22.00	12.73

Computational model	$a_{z, p e a k} (m / s ²)$	${G (t)}_{1} (%)$	$Z (t) (%)$
Undamaged	0.478	--	--
Damaged	0.760	59.00	41.00

location_on

IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON), Av. Queiroz Filho, nº 1700 sala 407/408 Torre D, Villa Lobos Office Park, CEP 05319-000, São Paulo, SP - Brasil, Tel. (55 11) 3735-0202, Fax: (55 11) 3733-2190 - São Paulo - SP - Brazil
E-mail: arlene@ibracon.org.br

rss_feed Acompañe los números de esta revista en su lector de RSS

[TFN1] ^*
1 represents the asset longitudinal direction, 2 the transversal direction, and 3 the vertical direction.