ebook img

Verificação da Resistência à Fadiga em Pontes Ferroviárias de Betão Armado Pré-Esforçado PDF

240 Pages·2013·2.79 MB·English
by  
Save to my drive
Quick download
Download
Most books are stored in the elastic cloud where traffic is expensive. For this reason, we have a limit on daily download.

Preview Verificação da Resistência à Fadiga em Pontes Ferroviárias de Betão Armado Pré-Esforçado

Verificação da Resistência à Fadiga em Pontes Ferroviárias de Betão Armado Pré-Esforçado Carlos Eduardo da Mata Bilé Dissertação para a obtenção do Grau de Mestre em Engenharia de Estruturas Júri Presidente: Doutor Luís Manuel Coelho Guerreiro Orientadores: Doutor Eduardo Manuel Baptista Ribeiro Pereira Doutor Francisco Baptista Esteves Virtuoso Vogais: Doutor João Sérgio Nobre Duarte Cruz Doutor Luís Manuel Soares dos Santos Castro Dezembro de 2012 i RESUMO No presente trabalho apresenta-se um estudo da segurança à fadiga em pontes ferroviárias de betão armado pré-esforçado. Os objectivos pretendidos para o estudo são: - Analisar as disposições regulamentares dos Eurocódigos para a verificação da segurança à fadiga em Pontes Ferroviárias, em termos de acções e combinações de acções, e confirmar se são adequados. Analisam-se em particular os critérios utilizados para quantificar o pré-esforço a adoptar na estrutura de forma a assegurar de forma directa ou indirecta a verificação da segurança à fadiga; - Verificar se a fadiga do betão, armaduras ordinárias ou armaduras de pré-esforço, condiciona o dimensionamento e pormenorização do elemento estrutural a partir da análise de casos. Introduz-se o conceito de fadiga dos materiais e faz-se uma descrição do fenómeno e das suas características principais. Apresentam-se os conceitos inerentes à definição da resistência à fadiga dos materiais. Faz-se uma breve descrição das principais características mecânicas do aço e do betão, e em particular a definição da resistência à fadiga. Os métodos de verificação da segurança à fadiga contemplados nos Eurocódigos são o Método de Acumulação de Danos e o Método da Tensão Equivalente de Danos. O estudo de casos é efectuado para secções correntes utilizadas em pontes ferroviárias de médio vão. Consideram-se secções em caixão. Os resultados obtidos nos casos de estudo permitem concluir que o critério definido nos Eurocódigos para quantificar o pré-esforço necessário numa ponte ferroviária é em geral conservativo e sob determinadas condições poderia ser reduzido. Na generalidade dos casos os elementos estruturais analisados apresentam uma resistência à fadiga suficiente. PALAVRAS-CHAVE - Fadiga - Tensão Equivalente - Acumulação de Danos - Ponte Ferroviária - Eurocódigos ii ABSTRACT This work presents a study about the Fatigue Resistance in Prestressed Concrete Railway Bridges. The study is centered in: - Analyse the specifications of the Eurocodes to do the Fatigue assessment of Railway Bridges, considering actions and combination of actions and verify if they are suitable. In particular, criterias to quantify the prestressed strength that allow the indirect Fatigue Assessment are studied; - Verify the influence of Fatigue in concrete, in reinforcement and in prestressed cables in the structural design of some examples of real railway bridges. It is made an introduction and description about the Fatigue phenomena and its main characteristics. It is presented the principal characteristics of Fatigue Resistance definition. The structural materials properties when subject to fatigue loads are introduced. The Fatigue Assessment Procedures established in Eurocodes are The Palmgren-Miner Rule and The Damage Equivalent Stress Range. The study cases consist in medium span box-section bridges. The results obtained allow to conclude that the Eurocode criteria to design prestressed cables is conservative in railway brdges and could be in fact downsized under some conditions. On most cases, the structural elements have sufficient Fatigue life. KEY-WORDS - Fatigue - Equivalent Tension - Damage Accumulation - Railway Bridge - Eurocode iii AGRADECIMENTOS O autor deseja expressar o seu agradecimento a todos aqueles que contribuíram de forma directa ou indirecta para a realização deste trabalho. Gostaria de destacar as seguintes pessoas: - Os meus pais pelos conselhos e amizade que me têm dado ao longo da vida; - Os meus irmãos pela sua amizade e companhia; - A Luísa pela sua paciência e por estar sempre a meu lado; - A minha restante família, tios, avós, primos e sogros que sempre me apoiaram, incluindo as minhas avós Luísa e Salomé que já não estão presentes; - Os meus amigos e colegas; - Os meus orientadores, Professor Francisco Virtuoso e Professor Eduardo Pereira, pela sua disponibilidade para me ajudarem e aconselharem com os seus conhecimentos e experiências. Ser Persistente! iv LISTA DE SÍMBOLOS A área da secção; CP carga permanente E módulo de flexão f tensão resistente de fadiga do betão cd,fat f tensão média de resistência à tracção do betão ctm f tensão de cedência do aço yd I inércia da secção K factor de intensidade de tensão k inclinação da recta de fadiga abaixo de ∆σ 2 D L comprimento da linha de influência; comprimento do vão m constante característica do detalhe construtivo; inclinação da recta de fadiga M momento flector actuante na secção n constante característica do material N esforço axial actuante na secção; número de ciclos n número de ciclos actuante N tempo de vida previsto para a estrutura anos R retracção do betão s coeficiente que depende do tipo de cimento S sobrecarga t idade do betão a partir da qual se inicia o carregamento cíclico 0 T variação diferencial de temperatura na secção k y distância entre o centro de gravidade da secção e uma fibra γ peso próprio γ factor parcial de segurança que majora as acções Ff v γ factor parcial de segurança que minora a resistência Mf ∆K variação do factor de intensidade de tensão ∆σ amplitude de tensão ∆σ resistência de fadiga para amplitudes de tensão constantes D ∆σ amplitude de tensão (normal) modificada E2 ∆σ categoria de detalhe das armaduras Rsk η valor da linha de influência; proporção de tráfego que atravessa simultaneamente a ponte λ factor equivalente de danos E ν Coeficiente de Poisson σ tensão φ coeficiente dinâmico 2 vi vii ÍNDICE GERAL RESUMO .................................................................................................................................................. ii ABSTRACT ............................................................................................................................................. iii AGRADECIMENTOS .............................................................................................................................. iv LISTA DE SÍMBOLOS ..............................................................................................................................v ÍNDICE GERAL ..................................................................................................................................... viii ÍNDICE DE FIGURAS ..............................................................................................................................x ÍNDICE DE QUADROS ......................................................................................................................... xiv 1. Introdução ........................................................................................................................................ 2 2. Fadiga .............................................................................................................................................. 4 2.1. Definição do Fenómeno .......................................................................................................... 4 2.2. Descrição do Fenómeno ......................................................................................................... 9 2.3. Resistência à Fadiga ............................................................................................................. 10 2.3.1. Curvas de Resistência à Fadiga .................................................................................... 12 2.3.2. Lei de Danos de Palmgren e Miner ............................................................................... 13 3. Betão ............................................................................................................................................. 16 3.1. Caracterização do Betão ....................................................................................................... 16 3.2. Resistência à Fadiga ............................................................................................................. 17 4. Aço ................................................................................................................................................. 22 4.1. Caracterização do Aço .......................................................................................................... 22 4.2. Resistência à Fadiga ............................................................................................................. 24 5. Verificação da Segurança ao Estado Limite Último de Fadiga ..................................................... 28 5.1. Fadiga em Pontes Ferroviárias ............................................................................................. 28 5.1.1. Acções de Fadiga .......................................................................................................... 29 5.1.2. Factores de Segurança ................................................................................................. 34 5.1.3. Combinações de Acções ............................................................................................... 34 5.2. Tensões e Amplitudes de Tensão ......................................................................................... 35 5.2.1. Tensões ......................................................................................................................... 35 5.2.2. Amplitudes de Tensão ................................................................................................... 37 5.3. Métodos de Análise ............................................................................................................... 37 5.3.1. Análise Preliminar .......................................................................................................... 38 viii 5.3.2. Método da Tensão Equivalente de Danos .................................................................... 39 5.3.3. Método de Acumulação de Danos ................................................................................ 47 6. Exemplos Práticos ......................................................................................................................... 52 6.1. Características dos Materiais ................................................................................................ 53 6.2. Acções ................................................................................................................................... 53 6.3. Verificações de Segurança ao Estado Limite Último ............................................................ 56 6.4. Verificações de Segurança ao Estado Limite de Utilização .................................................. 57 6.5. Processos Construtivos ......................................................................................................... 57 6.6. Caso de Estudo 1 – Ponte com vãos intermédios de 30m ................................................... 62 6.6.1. Definição da Estrutura ................................................................................................... 62 6.6.2. Verificações de Segurança ............................................................................................ 63 6.7. Caso de Estudo 2 – Ponte com vãos intermédios de 35m ................................................... 76 6.7.1. Definição da Estrutura ................................................................................................... 76 6.7.2. Verificações de Segurança ............................................................................................ 77 6.8. Caso de Estudo 3 – Ponte com vãos intermédios de 40m ................................................... 86 6.8.1. Definição da Estrutura ................................................................................................... 86 6.8.2. Verificações de Segurança ............................................................................................ 87 6.9. Caso de Estudo 4 – Ponte com vãos intermédios de 45m ................................................... 95 6.9.1. Definição da Estrutura ................................................................................................... 95 6.9.2. Verificações de Segurança ............................................................................................ 96 7. Análise dos Resultados ............................................................................................................... 104 7.1. Betão ................................................................................................................................... 104 7.2. Armaduras Ordinárias ......................................................................................................... 107 8. Conclusões e desenvolvimentos futuros ..................................................................................... 112 8.1. Conclusões .......................................................................................................................... 112 8.2. Desenvolvimentos futuros ................................................................................................... 114 9. Referências Bibliográficas ........................................................................................................... 116 9.1. Livros, Dissertações e Artigos ............................................................................................. 116 9.2. Regulamentos...................................................................................................................... 118 9.3. Sítios de Internet ................................................................................................................. 119 10. Anexos ..................................................................................................................................... 122 ix

Description:
The Fatigue Assessment Procedures established in Eurocodes are The Palmgren-Miner Rule and The. Damage Equivalent Stress Range. The study cases consist in medium span box-section bridges. The results obtained allow to conclude that the Eurocode criteria to design prestressed cables is.
See more

The list of books you might like

Most books are stored in the elastic cloud where traffic is expensive. For this reason, we have a limit on daily download.