Análise do limite de deflexão em pontes mistas de aço e concreto em alma cheia e sua influência no dimensionamento
Main Article Content
Resumo
O sistema estrutural misto de aço e concreto tem sido uma alternativa eficiente para a construção de pontes. Em especial, a configuração em vigas de alma cheia tem contribuído para a redução de peso da estrutura e maior rapidez e facilidade de execução. Apesar dos procedimentos de projeto deste tipo de estrutura estarem consolidados, existem importantes divergências normativas e na literatura com relação aos limites de deflexão. Em especial, há na literatura uma tendência de substituir os limites de deflexão fundamentados no vão longitudinal por critérios pautados na frequência de vibração natural da estrutura. O presente trabalho discute as deflexões limites estabelecidas pelas principais normas - ABNT NBR 7187, ABNT NBR 16694, AASHTO, CAN/CSA-S6-06, AS 5100.2 e os Eurocódigos - e na literatura, com destaque para o método de Barker, Staebler e Barth, (2011), visando avaliar a influência dos estados limites último (ELU) e de serviço (ELS) no dimensionamento. Para tanto, foram dimensionadas 11 pontes, variando a seção transversal e o comprimento do vão, calculando-se o carregamento distribuído que excede a capacidade resistente ao momento fletor da seção mista e os que resultam nas deflexões limites impostas pelas normas e na literatura. Notou-se que os limites recomendados pelas normalizações são muito severos, sendo o ELS preponderantes em relação ao ELU Mais especificamente, concluiu-se que a limitação da AASHTO é conservadora, uma vez que a carga que ocasiona a plastificação da seção produz deflexões, em média, 305,29% maiores que o limite imposto por tal norma. Além disso, verificou-se que o critério de Barker, Staebler e Barth (2011), fundamentado na frequência da estrutura, foi a que mais se aproximou das limitações do estado limite último, tornando o dimensionamento mais eficiente.
Downloads
Article Details
- O(s) autor(es) autoriza(m) a publicação do artigo na revista;
• O(s) autor(es) garante(m) que a contribuição é original e inédita e que não está em processo de avaliação em outra(s) revista(s);
• A revista não se responsabiliza pelas opiniões, ideias e conceitos emitidos nos textos, por serem de inteira responsabilidade de seu(s) autor(es);
• É reservado aos editores o direito de proceder ajustes textuais e de adequação do artigo às normas da publicação.
Os conteúdos da Revista Brasileira Multidisciplinar – ReBraM estão licenciados sob uma Licença Creative Commons 4.0 by.
Qualquer usuário tem direito de:
- Compartilhar — copiar, baixar, imprimir ou redistribuir o material em qualquer suporte ou formato.
- Adaptar — remixar, transformar, e criar a partir do material para qualquer fim, mesmo que comercial.
De acordo com os seguintes termos:
- Atribuição — Você deve dar o crédito apropriado, prover um link para a licença e indicar se mudanças foram feitas. Você deve fazê-lo em qualquer circunstância razoável, mas de maneira alguma que sugira ao licenciante a apoiar você ou o seu uso.
- Sem restrições adicionais — Você não pode aplicar termos jurídicos ou medidas de caráter tecnológico que restrinjam legalmente outros de fazerem algo que a licença permita.
Autores concedem à ReBraM os direitos autorais, com o trabalho simultaneamente licenciado sob a Licença Creative Commons 4.0 by. , que permite o compartilhamento do trabalho com reconhecimento da autoria e publicação inicial nesta revista.
Referências
AMERICAN ASSOCIATION OF STATE HIGHWAY OFFICIALS (AASHTO). LRFD Bridge Design Specifications, 8th Edition, American Association of State Highway and Transportation Officials. Washington, DC, 2017.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 16694: Projeto de pontes rodoviárias de aço e mistas de aço e concreto. Rio de Janeiro, 2018.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6118: Projeto de estruturas de concreto - Procedimento. Rio de Janeiro, 2014.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7187: Projeto de pontes, viadutos e passarelas de concreto armado e de concreto protendido – Procedimento. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 7188: Carga móvel rodoviária e de pedestres em pontes, viadutos, passarelas e outras estruturas. Rio de Janeiro, 2003.
ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 8800: Projeto de estruturas de aço e de estruturas mistas de aço e concreto de edifícios. Rio de Janeiro, 2008.
AUSTRALIAN STANDARD (AS). Bridge desing - Part 2: Design loads. AS 5100.2. Sydney, 2017.
BARKER, M. G.; STAEBLER, J.; BARTH, K. E. Serviceability limits and economical steel bridge design. US Deptment of Transportation, Federal Highway Administration, 2011.
BOUASSIDA, Y.; BOUCHON, E.; CRESPO, P.; CROCE, P.; DAVAINE, L.; DENTON, S.; FELDMANN, M.; FRANK, R.; HANSWILLE, G.; HENSEN, W.; KOLIAS, B.; MALAKTAS, N.; MANCINI, G.; ORTEGA, M.; SEDLACEK, G.; TSIONIS, G. Bridge Design to Eurocodes, Worked examples. Vienna, 2012.
CALDAS, R. B. Análise numérica de estruturas de aço, concreto e mistas em situação de incêndio. 2008. Tese (Dourado em Estruturas) - Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008.
CAN/CSA-S6-06. Canadian highway bridge design code. Toronto, Canada: Canadian Standard Associaton CSA, 2006.
Canadian Structural Manual. Ministry of Transportation – Bridge Office. Ontario, 2016.
CHAVEL, B.; RIVERA, J. Steel Bridge Design Handbook Design - Example 5: Three-Span Continuous Horizontally Curved Composite Steel Tub-Girder Bridge. 2012.
CHAVES, I. A.; MALITE, M. Viga mista de aço e concreto constituída por perfil formado a frio preenchido. Cadernos de Engenharia de Estruturas, v. 12, n. 56, p. 79-96, 2011.
CHEN, Y.; DONG, J.; XU, T. Composite box girder with corrugated steel webs and trusses–A new type of bridge structure. Engineering Structures, v. 166, p. 354-362, 2018.
CODE, Ontario Highway Bridge Design. Highway engineering division. Ministry of Transportation and Communication, Ontario, Canada, 1983.
DASSAULT SISTÈMES SIMULIA. ABAQUS 6.18 2016.
DE NARDIN, S.; SOUZA, A. S. C.; EL DEBS, A. L. H. C. Comportamento conjunto em elementos mistos de aço e concreto: Dispositivos Mecânicos. In: Congresso Latino Americano de Construção Metálica, 3, 2008, São Paulo/SP. Anais do Construmetal 2008. São Paulo: ABCEM, 2008.
DEMITZ, J. R.; MERTZ, D. R.; GILLESPIE, J. W. Deflection requirements for bridges constructed with advanced composite materials. Journal of bridge engineering, v. 8, n. 2, p. 73-83, 2003.
EUROCODE HANDBOOK 4. Guide to basis of bridge desing related to Eurocodes supplemented by practical examples. Italy, 2005.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN). Eurocode - Basis of structural design. EN 1990-A1. Brussels. 2002.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN). Eurocode 2: Design of concrete structures - Part 2: Concrete bridges - Design and detailing rules. EN 1992-2-2. Brussels. 2005.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN). Eurocode 3: Design of steel structures - Part 2: Steel bridges. EN 1993-2-2. Brussels. 2006.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN). Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. EN 1993-1-1. Brussels. 2005.
EUROPEAN COMMITTEE FOR STANDARDIZATION (CEN). Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures – Part 2: General rules and rules for bridges. EN 1994-2-2. Brussels. 2005.
FU, C. C.; ZHAO, G.; YE, Y.; ZHANG, F. Serviceability-related issues for bridge live load deflection and construction closure pours. Maryland. State Highway Administration. Office of Policy & Research, 2015.
HUANG, D.; WEI, J.; LIU, X.; XIANG, P.; ZHANG S. Experimental study on long-term performance of steel-concrete composite bridge with an assembled concrete deck. Construction and Building Materials, v.214, p. 606-618, 2019.
KIRKCALDIE, D. K.; WOOD, J. H. Review of Australian standard AS 5100 Bridge design with a view to adoption. Volume 2. NZ Transport Agency Research Report 361. 184 p., 2008.
KIRKCALDIE, D. WOOD, J. H. Review of Australian standard AS 5100 Bridge design with a view to adoption. Volume 1. NZ Transport Agency Research Report 361. 130 p., 2008.
LIU, X.; BRADFORD, M. A.; ATAEI, A. Flexural performance of innovative sustainable composite steel-concrete beams. Engineering Structures, v. 130, p. 282-296, 2017.
MATAR, H. B.; BAKHOUM, M. M.; ISHAC, I. I. Comparison of Serviceability Limit State Code Requirements for Short and Medium Span Composite Bridges. In: IABSE Symposium Report. International Association for Bridge and Structural Engineering, p. 1-12, 2012.
NAKAMURA, S.; MOMIYAMA, Y.; HOSAKA, T.; HOMMA, K. New technologies of steel/concrete composite bridges. Journal of Constructional Steel Research, v. 58, n. 1, p. 99–130, 2002.
NASSIF, H.; LIU, M.; SU, D.; GINDY, M. Vibration versus deflection control for bridges with high-performance steel girders. Transportation Research Record, v. 2251, n. 1, p. 24-33, 2011.
NECHVOGLOD, V.; RAPATTONI, F. Live load deflection limits for australian road bridges. In: Austroads Bridge Conference, 4th, Adelaide, South Australia, 2000.
ORLANDO, D.; PRAVIA, Z. M. C.; DREHMER, G. A. Análise de pontes mistas de aço e concreto pelo método dos elementos finitos. (U. F. do R. G. do Sul, Ed.) In: XVII Congresso Regional de Iniciação Científica e Tecnologia, Porto Alegre, 2003.
PARK, K. J.; KIM, D. Y.; HWANG, E. S. Investigation of Live Load Deflection Limit for Steel Cable Stayed and Suspension Bridges. International Journal of Steel Structures, v. 18, n. 4, p. 1252-1264, 2018.
PEDRO, R. L.; DEMARCHE J.; MIGUEL, L. F. F.; LOPEZ, R.H. An efficient approach for the optimization of simply supported steel-concrete composite I-girder bridges. Advances in Engineering Software, v. 112, p. 31-45, 2017.
PINHO, F. O.; BELLEI, I. H. Pontes e viadutos em vigas mistas. Rio de Janeiro: IBS/CBCA, 2007.
RAMNAVAS, M. P.; PATEL, K. A.; CHAUDHAY, S.; NAGPAL, A. K. Cracked span length beam element for service load analysis of steel concrete composite bridges. Computers & Structures, v. 157, p. 201-208, 2015.
ROEDER, C. W.; BARTH, K.; BERGMAN, A. Improved live load deflection criteria for steel bridges. Transportation Research Board, National Research Council, 2002.
SARRAF, E. R.; ILES, D.; MOMTAHAN, A.; EASEY, D.; HICKS, S. Steel-concrete composite bridge design guide. New Zealand: NZ Transport Agency, 2013.
SHIM, C.; LEE, P.; CHANG, S. Design of shear connection in composite steel and concrete bridges with precast decks. Journal of Construcional Steel Research, v. 57, p. 203-219, 2001.
SOUZA, V. J. L. Contribuição ao projeto e dimensionamento da superestrutura de pontes rodoviárias em vigas mistas de aço e concreto. 2006. 133p. Dissertação (Mestrado em Estruturas) – Universidade Federal de São Carlos, São Carlos, 2006.
TADESSE, Z.; PATEL, K. A.; CHAUDHAY, S.; NAGPAL, A. K. Neural networks for prediction of deflection in composite bridges. Journal of Constructional Steel Research, v. 68, n. 1, p. 138-149, 2012.
WODZINOWSKI, R.; SENNAH, K.; AFEFY, H. M. Free vibration analysis of horizontally curved composite concrete-steel I-girder bridges. Journal of Constructional Steel Research, v. 140, p. 47-61, 2018.
ZONA, A.; LEONI, G.; DALL’ASTA, A. Influence of shear connection distributions on the behaviour of continuous steel-concrete composite beams. The Open Civil Engineering Journal, v. 11, p. 384-395, 2017.