Diseño de puentes de marco rígido (con diagrama)

Después de leer este artículo, aprenderá sobre el diseño de puentes de marco rígido con la ayuda del diagrama.

Introducción a los puentes de marco rígido:

En los puentes de marco rígido, la plataforma está rígidamente conectada a los pilares y pilares. Este tipo de estructura puede ser una sola unidad de tramo o una unidad de tramo múltiple como se indica en la Fig. 12.1. Todas las ventajas de un puente de tramo continuo están presentes aquí.

Las siguientes características son las ventajas adicionales de los puentes de marco rígido sobre los continuos:

i) Más rigidez de la estructura.

ii) Menos momentos en cubierta que se transfieren parcialmente a los miembros de apoyo.

iii) No se requieren rodamientos.

iv) Mejor apariencia estética que la estructura de tramo continuo.

Como en los puentes de tramo continuo, estas estructuras también requieren materiales de base inflexibles. El análisis es, sin embargo, más laborioso que el anterior.

Los marcos pueden articularse o fijarse en la base como se ilustra en la Fig. 12.1. Cuando están articulados, los momentos transportados a la base giran solo los soportes verticales, lo que reduce considerablemente los momentos y no se transfieren momentos a las zapatas; en el diseño de las zapatas solo se deben tener en cuenta la carga vertical y el momento causado por el empuje en el nivel de la bisagra.

En las estructuras de base fija, por otro lado, los momentos de la superestructura finalmente se transfieren a las zapatas, ya que los soportes verticales no pueden girar independientemente sin girar las zapatas junto con ellas. Por lo tanto, es evidente que en los marcos con bisagras, los momentos en la base de los soportes y en las balsas son mucho menos, pero los momentos de intervalo son mayores que los de los cuadros fijos.

Dado que los marcos fijos se diseñan suponiendo que los miembros verticales no giran en la base, es posible lograr este estado de condición solo si la base puede apoyarse en una roca sólida o en una base sin rendimiento.

Tipos de puentes de marco rígido:

En la figura 4.5 y 4.6 se ilustran algunos tipos de puentes de marco rígido. Pueden ser posibles puentes de marco rígido de losa sólida de hasta 25 m, mientras que se pueden usar marcos rígidos del tipo de losa y viga hasta un tramo de hasta 35 m. En los puentes colgantes de carreteras, el tipo de bastidor de portales en voladizo, como se indica en la Fig. 4.6, generalmente se favorece.

Las alcantarillas de caja de marco rígido o puentes menores (Fig. 4.5) se adoptan generalmente en áreas donde el suelo de cimentación es débil y es deseable un área de cimentación más amplia para reducir la presión de cimentación dentro de valores seguros permisibles para el tipo de suelo.

Estructuras de dosificación de puentes de marco rígido:

La relación de tramo intermedio a extremo de los puentes de marco rígido debe ser la siguiente:

Para puentes de losa 1.20 a 1.30.

Para puentes de losas y vigas 1.35 a 1.40.

Para una estimación aproximada de la sección, las dimensiones del tramo intermedio y la sección de soporte para puentes de losa maciza pueden tomarse como L / 35 y L / 15 respectivamente. Las curvas de sofito para puentes de marco rígido generalmente se hacen de la misma manera que las de puentes continuos.

Método de análisis y consideraciones de diseño de puentes de marco rígido:

En el análisis de estructuras de marco rígido, el método de distribución de momento es comúnmente empleado. Al tratar con puentes continuos, el método de distribución de momento es el más adecuado para el diseño práctico porque las secciones de las estructuras varían en diferentes puntos, por lo que otros métodos son laboriosos y, por lo tanto, inadecuados.

Si se conocen los valores de los factores de rigidez, de arrastre y los momentos finales fijos para diferentes uniones de una estructura de bastidor rígido, el uso del método de distribución de momentos es muy simple.

Efecto de la temperatura:

El aumento o descenso de la temperatura provoca el alargamiento o contracción de las cubiertas, lo que da lugar a momentos finales fijos en los miembros verticales, como se explica a continuación (Fig. 12.2).

Alargamiento o contracción de la cubierta BC debido a la variación de la temperatura de t = δ 2 = L 2 αt.

Elongación o contracción de la plataforma AB o CD debido a la variación de la temperatura de t = δ 1 = L 1 αt, pero debido a la elongación o contracción de la plataforma BC en δ 2, el movimiento neto de A o C será (δ 1 + + ½ 2 ).

El momento final fijo en un miembro vertical que tiene un momento de inercia, I y deflexión, δ, puede ser dado por

FEM = 6 EIδ / (L) 2 (12.1)

Los momentos finales fijos así desarrollados en la parte superior e inferior de todos los miembros verticales según la ecuación 12.1 pueden distribuirse entre todos los miembros.

Efecto de contracción, viento, sísmica y corriente de agua:

Debido a la contracción del hormigón, la cubierta se contrae y causa la misma naturaleza de efecto que la caída de temperatura. Normalmente, el efecto debido a la contracción se asume como equivalente en magnitud al producido por la caída de la temperatura.

El viento que sopla en una inclinación hacia los muelles puede dar lugar a momentos de balanceo que serán compartidos por todos los miembros del cuadro después de la distribución.

La fuerza sísmica que actúa en cubierta, muelles y pilares causará momentos en los miembros del bastidor a medida que la fuerza del viento induzca.

La corriente cruzada que fluye a través del río golpea los pilares y los pilares y esto inducirá momentos en los miembros como lo hará el viento.

Procedimiento de diseño de puentes de marco rígido:

1. Seleccione la longitud del tramo para los tramos finales e intermedios adecuados para las condiciones del sitio y el tipo de puentes. Se deben asumir las profundidades en el tramo medio y en los soportes.

2. Seleccione la curva de sofito y encuentre las profundidades en varias secciones. Calcule los momentos finales fijos debido a la carga muerta distribuida uniformemente y la carga de la cadera de las tablas de diseño estándar como "Las aplicaciones de la distribución de momento", publicado por la Asociación de hormigón de la India, Bombay.

3. Encuentre los valores de los factores de rigidez y de arrastre en las tablas de diseño después de evaluar los valores de las constantes de trama como A, a B, r A, r B, h c, etc.

Los factores de distribución se pueden determinar de la siguiente manera:

Donde D AB = factor de distribución para el miembro AB.

S AB = Factor de rigidez para AB.

ΣS = Suma de los factores de rigidez de todos los miembros de esa junta.

4. Los momentos finales fijos de carga muerta se distribuirán y se realizará la corrección de oscilación si es necesario.

5. Para evaluar los momentos de carga en vivo en los miembros, se debe dibujar un diagrama de líneas de influencia para cada miembro. El procedimiento será laborioso si los momentos se obtienen colocando la carga unitaria en cada sección (puede haber de 5 a 10 secciones en cada tramo dependiendo de la longitud del tramo) y distribuyendo los momentos finales fijos debido a la carga unitaria con corrección de balanceo donde necesario.

El método puede simplificarse si se sigue el procedimiento dado a continuación.

6. Coloque la unidad de carga en cualquier posición (Fig. 12.3) y obtenga los momentos finales fijos xey en los extremos B y C. Distribuya estos momentos finales fijos sobre todos los miembros. Los momentos así obtenidos en varias secciones son los momentos de carga en vivo (elásticos) debido a la carga unitaria en consideración.

Después de la corrección de oscilación necesaria, la ecuación de momento en términos de x e y dará la ordenada del diagrama de línea de influencia de momento de flexión en varias secciones para esa carga de unidad. Ahora, a partir de las tablas o gráficos, se pueden conocer los valores de x e y para la carga unitaria en diferentes posiciones de carga, a partir de las cuales las ordenadas de la línea de influencia diag. Se pueden calcular diferentes secciones para diferentes posiciones de carga.

El procedimiento descrito anteriormente requerirá un conjunto de distribución de momento y un conjunto de corrección de balanceo de las ecuaciones de momento para cada intervalo.

El diagrama de líneas de influencia obtenido por el método descrito será solo para el momento elástico. El diagrama de momento libre deberá superponerse sobre él para obtener el diagrama de línea de influencia neta. Los momentos de carga en vivo se pueden obtener posteriormente a partir del diagrama de línea de influencia.

7. Calcule los momentos en varios miembros y en varias secciones debido a la temperatura, la contracción, el viento, las corrientes de agua, la presión de la tierra sobre los estribos, la fuerza sísmica, etc.

8. Los momentos obtenidos debido a las diversas cargas y efectos enumerados anteriormente se pueden resumir de tal manera que los momentos de diseño sean máximos para todos los casos de combinación posibles.

9. Verifique la adecuación de las secciones con respecto a las tensiones del concreto y proporcione el refuerzo necesario para atender el momento del diseño.

10. Detalle el refuerzo adecuadamente.