Respuesta sísmica de un puente en arco considerando la fluctuación de la fuerza axial

Abstract

It is presented a study of an arch bridge with a continuous deck of 600 m total length and 20 m width, center span of 400 m and arch rise of 80 m. A representative number of seismic records are used, taking into account the three different components of each earthquake with the main objective of studying the effect of the axial force fluctuation interacting with the bending moment in the arch rib. It was analyzed using the ADINA code and the results show that there is a ±70% variation of the axial force at the springing during the earthquake which produces flexural yielding in the arch rib.

Los puentes en arco son estructuras que exhiben un comportamiento muy contrastante, ya que por un lado trabajan de una manera muy eficiente ante cargas permanentes y por el otro presentan un desempeño complejo ante la ocurrencia de temblores fuertes. El arco es un elemento con ductilidad limitada debido a las elevadas fuerzas de compresión generadas por la carga permanente; además, dichas fuerzas pueden variar de manera importante durante la ocurrencia de un movimiento sísmico. Por lo anterior, resulta de interés conocer la fluctuación de la fuerza normal en el arco durante la ocurrencia de un temblor. Así pues, el objetivo del presente trabajo es estudiar un puente en arco de concreto sometido a varios movimientos sísmicos fuertes tomando en cuenta el efecto de la fluctuación de la fuerza axial (N) al interactuar con el momento flexionante (M) ya que lo anterior influye significativamente en el modelo de plasticidad y, por ende, en el comportamiento de toda la estructura. El modelo en estudio corresponde a un puente con tablero superior, de 600 m de longitud total y 400 m de claro principal. La superestructura está conformada por un tablero continuo de 20 m de anchura y el arco cuenta con una relación flecha/claro de 1/5. Para la simulación numérica se empleó el código de elementos finitos Automatic Dynamic Incremental Nonlinear Analysis (ADINA R & D, Inc., 2005), modelando tanto las pilas como el arco del puente por medio de una serie de relaciones momento-curvatura y así tomar en cuenta la interacción N-M. Para la evaluación de la respuesta sísmica del modelo se usaron un conjunto de diez registros sísmicos, con las tres componentes cada uno, escalados linealmente a una aceleración máxima del terreno de 0.5 g en la componente horizontal más fuerte; estos registros conforman una colección representativa de sismos con diferente duración y contenido de frecuencias.