Análisis Aeroelástico de puentes atirantados

Abstract

The purpose of this dissertation is to introduce a new approach to determine the wind response of cable stayed bridges, this technique uses the finite element method to model the structure and the fluid, the interaction between this two models (the fluid and the structure) is realized by simultaneous calculations of the fluid stabilized and the structure. In this case the fluid is not simulated like a single volume as is commonly done, instead the fluid is represented by a set of volumes located in critical areas of the structure, then an interpolation is used to get the total effect of wind in the bridge. In this thesis a cable-stayed bridge with some features of Baluarte bridge was subjected to different wind speeds (10, 15, 20, 30,40 and 50 m / s) and the behavior of the cables under gravitational and wind loads was revised, therefore, Reynolds number was calculated for each case; the surface pressure around the cables were analyzed; the natural frequencies of the cables were obtained by fast Fourier transform (FFT) and compared with natural frequencies obtained by linear equations; the cables status was verified by calculating the Von Mises stress and finally relevant aeroelastic phenomena as vortex shedding and galloping were identified in order to validate the approach proposed in this work.

En este trabajo se propone una nueva metodología computacional para determinar la respuesta eólica de los tirantes de un puente atirantado, esta metodología utiliza el método de elementos finitos para modelar la estructura y el fluido, la interacción entre ambos modelos (el fluido y la estructura) se realiza mediante cálculos simultáneos del fluido estabilizado con la estructura. Sin embargo se modela el fluido no como un volumen completo que es lo que comúnmente se hace, si no, como un conjunto de solidos ubicados en diferentes zonas de la estructura de tal forma que se realiza una interpolación de los resultados obtenidos en las diferentes capas para obtener los efectos en todo el puente. Esta metodología fue empleada en un puente atirantado sometido a diferentes velocidades de viento (10, 15, 20, 30,40 y 50 m/s), el modelo del puente se construyó teniendo en cuenta algunas características del Puente Baluarte y se revisó el comportamiento de los tirantes ante cargas gravitacionales y eólicas, para esto se calcula el número de Reynolds en cada caso, se analizan las presiones alrededor de los tirantes, se identifican las frecuencias naturales de los tirantes que se comparan con expresiones validadas en la literatura, se verifica el estado de los tirantes mediante el cálculo de los esfuerzos de Von Mises y finalmente se identifican fenómenos aeroelásticos propios de la interacción como son el desprendimiento de vórtices y el galopeo con el fin de validar la metodología propuesta.