Análisis sísmico de puentes con distintas configuraciones de rigidez lateral

Abstract

Seismic engineering has become increasingly more important in the field of structures, to such a degree that currently seismic analysis methods have diversified. The non-linear dynamic method is the most accurate method of analysis of a structure subject to a seismic action. However, this method requires more resources such as time and better computer equipment, and engineers with their expertise beyond the basics of the structural engineering profession... In recent years, analysis methods have been simplified in numerical models with features equivalent to the real model, but simpler than the non-linear dynamic analysis in order to reduce the required resources. The non-linear static analysis methods allow to simplify the analysis of bridge structures using one degree of freedom equivalent systems. However, these methods have features such as the selection of the monitoring point and the distribution of the applied lateral forces, which should be studied widely to apply to structures such as bridges, especially for bridges with irregular distribution of the transverse stiffness. In the first stage of this investigation the N2 method was applied to 8 bridges with different configurations of transverse stiffness, by means of a plasticity model focused on the end of the piers (created in SAP2000), to observe their response when subjected to increasingly seismic demand. In the second stage, the piers were modeled with a distributed plasticity by ANSYS Mechanical 14.5 program. The behavior of each bridge was assessed and failure patterns were observed. Finally both type of analysis were compared to identified potential differences in capacity curves, shear force distribution and displacement configurations between both analysis procedures under the same load pattern and monitoring point conditions.

La ingeniería sísmica ha tomado cada vez mayor relevancia en el campo de las estructuras, a tal grado que en la actualidad los métodos de análisis sísmicos se han diversificado en una cantidad importante. Para conocer la respuesta más cercana a la realidad de una estructura sujeta a una acción sísmica, se cuenta con el método dinámico no lineal. Sin embargo, para el desarrollo del método se requieren conocimientos muy amplios del comportamiento de las estructuras, además que los recursos como tiempo y equipo de cómputo suelen ser importantes. Como alternativa, los métodos de análisis se han ido simplificando en modelos numéricos con características equivalentes al modelo real, con la finalidad de disminuir los recursos requeridos. Los métodos de análisis estáticos no lineales permiten simplificar el comportamiento de las estructuras mediante sistemas de un grado de libertad. Sin embargo estos métodos cuentan con características como el punto de control y la configuración lateral de carga que deben ser estudiados ampliamente para aplicarlos en estructuras como los puentes, donde comúnmente su rigidez transversal varía en su longitud. En la primera etapa de esta investigación se aplicó el método N2 a 8 puentes con distintas configuraciones de rigidez transversal, idealizados mediante un modelo de plasticidad concentrada en las pilas (creados en SAP2000), para observar su respuesta al someterlos a una demanda sísmica. En la segunda etapa, se modelaron las pilas con un modelo del material de plasticidad distribuida mediante el programa ANSYS Mechanical 14.5. Se analizó el comportamiento de cada uno de los puentes y se observaron sus patrones de falla. Finalmente se compararon ambos análisis para observar las diferencias de las curvas de capacidad entre los distintos modelos bajo las mismas condiciones de carga y puntos de control.