Simulação da interação veículo-estrutura-pavimento em pontes rodoviárias

Abstract

O presente trabalho teve como objetivo fazer a análise dinâmica no domínio do tempo de pontes rodoviárias submetidas à passagem de veículos e a comparação dos resultados obtidos com a metodologia proposta pela norma NBR 7188 (2013) de projeto de pontes rodoviárias. Para isso, foram implementadas na linguagem Octave duas versões do programa, uma em 2D, que utiliza modelos planos, tanto para estrutura quanto para o veículo, e outra versão em 3D, que utiliza modelos tridimensionais para a estrutura e para o veículo. Em relação à análise dinâmica, para ambas as versões do programa considerou-se que apenas um veículo trafegava pela ponte com velocidade constante, em um único sentido e sem que suas rodas perdessem o contato com o pavimento. Quanto ao perfil de irregularidades do pavimento, sua geração foi feita por meio de uma função de densidade espectral de potência (PSD) definida pela norma ISO 8608 (1995) de acordo com as classes estabelecidas por essa norma, sendo que a classe escolhida para geração do perfil de irregularidades foi a “C”, pois é nessa classe que a maioria das estradas brasileiras está enquadrada. As simulações feitas utilizaram veículos planos simétricos e assimétricos, para caso 2D e o modelo de um caminhão completo para o caso 3D. As pontes analisadas foram estruturas fictícias, retiradas da bibliografia e estruturas existentes como a ponte Rio-Santos e a ponte do porto de Sepetiba. Como resposta dinâmica, foram mensurados o deslocamento máximo e o deslocamento no tempo para o nó central dessas estruturas. Da comparação dos resultados calculados pela ferramenta computacional desenvolvida com os resultados calculados de acordo com a NBR 7188 (2013) constatou-se que em algumas situações o resultado obtido pelo programa foi menor que o da norma e em outras situações ocorreu o oposto, pois além de considerar as características da ponte, o programa também considera as características do veículo e pavimento, indicando que essas considerações são importantes para o cálculo da resposta dinâmica da estrutura e consequentemente para o projeto de pontes rodoviárias.

The present work has the goal to make the dynamic analysis in the time domain of highway bridges subjected to moving vehicles and the comparison of the results obtained with the methodology proposed by the norm of design of highway bridges NBR 7188 (2013). For this, were implemented two program versions in Octave language, one in 2D, which uses flat models for both structure and vehicle and another version in 3D, which uses three-dimensional models for structure and vehicle. Regarding to the dynamic analysis, for both program versions it was considered that only one vehicle was traveling over the bridge at a constant speed, in one direction and without its wheels losing contact with the pavement. About the pavement irregularities profile, its generation was made by means of power spectral density (PSD) function defined by ISO 8608 (1995) according to the class of highways established by this standard. The chosen class for the generation of the irregularities profile was “C” because most Brazilian highways are classified in this class. The simulations were made using symmetrical and asymmetrical flat vehicles, for case 2D and a full truck model for case 3D. The bridges analyzed were fictitious structures, taken from the bibliography and existing structures like Rio-Santos bridge and Sepetiba’s port bridge. As a dynamic response, the maximum displacement and displacement in time for the structures’ central node were measured. Comparing the results evaluated by the developed computational tool and the results evaluated according to NBR 7188 (2013), it was found that some situations the results of the program was smaller than the standard and in other situations the opposite occurred because, besides considering bridge characteristics, the program also considers the vehicle and pavement characteristics, pointing that these considerations are important for the evaluation of the structural dynamic response and for highway bridge design.