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Andréa de Oliveira Araújo

Título

Modelos Analíticos-Numéricos para Interação Dinâmica Veículo-Pavimento-Estrutura de Ponte Rodoviária


Orientador(es)

Michèle Schubert Pfeil

Ronaldo Carvalho Battista


Resumo

Neste trabalho faz-se uma avaliação comparativa, de um ponto de vista prático da engenharia de projeto, entre duas modelagens matemático-numérico-computacionais para análise do problema da interação dinâmica entre veículos de carga, o pavimento rugoso e a estrutura de ponte rodoviária. Num modelo a superestrutura é representada de forma unifilar e a solução é modal; no outro é modelada de forma 3D completa com elementos de casca, e a solução efetuada em coordenadas nodais. Através da comparação entre resultados numéricos procura-se estabelecer em que condições o modelo unifilar (mais simples e com menor tempo de processamento) pode representar adequadamente o comportamento estrutural observado com a modelo 3D. Com este objetivo os modelos foram aplicados a uma ponte de concreto armado submetida à passagem de um veículo de carga com três eixos, em distintas velocidades e condições do pavimento. Demonstra-se que a metodologia correta, para fins de projeto, é utilizar o modelo unifilar devidamente calibrado em termos das propriedades de rigidez e massa do modelo tridimensional completo. A validação desta metodologia é feita por meio de uma comparação teórico-experimental de resultados obtidos para uma ponte urbana submetida a fortes vibrações induzidas pela passagem de um veículo de prova de carga.


Abstract

In this work two mathematical-numerical-computational modellings of the dynamic interaction between heavy vehicles, rough pavement and the highway bridge structure are evaluated in a comparative manner within practical engineering design point of view. In one modeling case the super-structure is represented by a stick model and a modal solution is applied; in the other it is represented by a full 3D model of shell elements and the equations in terms of nodal DOF are solved. The two models are applied to a typical reinforced concrete bridge under the action of a 3 axles heavy vehicle crossing with distinct velocities and pavement conditions. The obtained results are used to establish in which conditions the stick model (simpler and with shorter processing time) can adequately represent the structural behavior displayed by the full 3D model. It is then demonstrated that the correct methodology to be applied in the design or behavior analysis of a bridge is to construct a stick model duly calibrated in terms of the stiffness and mass properties given by the full 3D model. Validation of the methodology is done by means of correlation between theoretical and experimental results obtained for an urban bridge subjected to strong vibrations induced by the passage of a load-test vehicle.


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