Evaluación de funciones de demanda estructural de puentes considerando el multi-peligro: socavación y sismo

Abstract

The present work presents a probabilistic approach to estimate structural demand functions for RC bridges with a frame type substructure, the functions take into account to two extreme events: scour and earthquakes. The bridges in study are considered as representatives of the most commonly built on the Mexican highway system. Their numerical models were developed with the aid of two commercial softwares: SAP2000 and PERFORM 3D; the first one was used to led pushover analyses, modal analyses and linear analyses to determine reactions and forces that must be used to led nonlinear analyses whereas the second program allowed us to develop nonlinear time-history analyses. The analytical bridge models with scour effects are based on the bridge models developed without scour where the piers’ height varies with respect to the expected scour depth according to the hydraulic demand. On this hypothesis, it is possible to find a tendency on the structural response for a set of bridges under different multi-hazard scenarios, in this case are considered two hazards: scour and earthquakes, in order to determine if it is or not important to take into account the joint effects to determine the vulnerability of bridges. The aim in developing nonlinear time-history analyses in the present study is to estimate the maximum expected demands on different structural elements that conform a bridge under several scenarios of earthquakes and scour. Particularly in this work, the maximum demands under the joint action of earthquakes and scour are studied to find functions that relate them with four damage limit states.

En este trabajo se emplea un enfoque probabilista basado en calcular funciones de demanda estructural para puentes de CR con subestructura tipo marco considerando en el análisis la unión de dos eventos extremos: socavación y sismos. Se modelan puentes típicos de la república mexicana. Para desarrollar los modelos numéricos de los puentes se emplearon dos programas de cómputo SAP2000 Y PERFORM3D; con el programa SAP2000 se realizaron análisis estáticos no lineales PUSHOVER, se calcularon también los periodos de vibrar y las reacciones en los apoyos que deben ser consideradas para determinar la carga axial a que se encuentran trabajando las columnas; mientras que con el software PERFORM3D se desarrollaron análisis no lineales en la historia del tiempo. Para estudiar los efectos de socavación y sismo en los puentes se hace una simplificación del modelo analítico del puente sin problemas de socavación, donde en estos modelos se va creciendo la altura de las pilas como función de la profundidad de socavación esperada para una demanda hidráulica. Con esta hipótesis se pretende encontrar la tendencia de la variación de la respuesta estructural de un conjunto de puentes ante diferentes escenarios de peligro conjunto de las acciones de socavación y sismo, para estudiar y comprender los efectos que se tienen en la vulnerabilidad de los puentes y determinar si es o no importante considerar su acción conjunta. El propósito de realizar análisis no lineales en la historia del tiempo es estimar las demandas máximas esperadas en los diferentes componentes estructurales que conforman un puente ante diferentes escenarios de socavación y sismo. Particularmente en este trabajo se trata de ver las demandas máximas ante la acción conjunta de socavación y sismo para después relacionarlas con estados límite de daño.