Determinación del campo de desplazamientos y fuerzas internas mediante análisis lineal y no lineal del puente arco de acero estructural Enrique P. Mejia, Sicuani, Canchis, Cusco - Perú

Abstract

La presente investigación lleva por nombre “DETERMINACIÓN DEL CAMPO DE DESPLAZAMIENTOS Y FUERZAS INTERNAS MEDIANTE ANÁLISIS LINEAL Y NO LINEAL DEL PUENTE ARCO DE ACERO ESTRUCTURAL ENRIQUE P. MEJIA, SICUANI, CANCHIS, CUSCO - PERÚ”. El objetivo principal de investigación es calcular los desplazamientos y fuerzas internas en los arcos del puente Enrique P. Mejia, puente de acero estructural de 50 m de longitud de tipo arco inclinado sin arriostres y con tablero inferior de sección compuesta (acero estructural y concreto armado). Para el cálculo de las fuerzas internas y desplazamientos se llevó a cabo análisis lineales y no lineales para combinaciones de carga de Resistencia, Servicio y Evento extremo, teniendo en este último distintas metodologías para la estimación de las fuerzas sísmicas, como análisis modal espectral y análisis tiempo historia. En el análisis tiempo historia se utilizó como sismo de diseño el sismo de El Centro del año 1940 después de haberse realizado y comparado las solicitaciones de cinco registros sísmicos y seleccionado el más crítico por producir mayores solicitaciones en la estructura. Se calculó la estabilidad del puente considerando el pandeo lineal, fueron obtenidos los factores de carga de crítica de 12.82 y 9.29 para las combinaciones de servicio y resistencia, respectivamente. Con un análisis no lineal geométrico se obtuvieron valores de 6.12 y 8.31, para un análisis no lineal del material valores de 4.47 y 6.16, todo esto para las combinaciones de resistencia y servicio, respectivamente. Se llegó a la principal conclusión que por medio de estos análisis no lineales se tuvieron mayores desplazamientos y fuerzas internas que al ser calculados mediante un análisis lineal, teniendo así una diferencia de desplazamientos verticales en el clave del arco de 2.72 mm y 1.43 mm para la combinación de carga Resistencia y Servicio respectivamente, y una diferencia de desplazamientos laterales en esta misma clave del arco de 9.68 mm para la combinación de carga evento extremo. Además, el análisis no lineal del material dio valores equivalentes al análisis no lineal geométrico, debido a que para este análisis la estructura no llegó al rango plástico.

The present investigation is called “DETERMINATION OF THE DISPLACEMENT FIELD AND INTERNAL FORCES THROUGH LINEAR AND NON-LINEAR ANALYSIS OF THE STRUCTURAL STEEL ARCH BRIDGE ENRIQUE P. MEJIA, SICUANI, CANCHIS, CUSCO - PERU“. The main objective of the research is to calculate the displacements and internal forces in the arches of the Enrique P. Mejia bridge, a 50 m long inclined arch type structural steel bridge without braces and with a composite section lower deck (structural steel and reinforced concrete). For the calculation of the internal forces and displacements, linear and non-linear analyzes were carried out for combinations of Resistance, Service and Extreme Event loads, having in the latter different methodologies for the estimation of seismic forces, such as spectral modal analysis and history time. In the time-history analysis, the El Centro earthquake of 1940 was used as the design earthquake after having carried out and compared the requests of five seismic records and selected the most critical one for producing greater requests in the structure. The stability of the bridge was calculated considering the linear buckling, critical load factors of 12.82 and 9.29 were obtained for the combinations of service and resistance, respectively. With a geometric nonlinear analysis, values of 6.12 and 8.31 were obtained, for a nonlinear analysis of the material values of 4.47 and 6.16, all this for the combinations of resistance and service, respectively. The main conclusion was reached that by means of these non-linear analyzes there were greater displacements and internal forces than when calculated by means of a linear analysis, thus having a difference of vertical displacements in the keystone of the arch of 2.72 mm and 1.43 mm for the Resistance and Service load combination, respectively, and a difference in lateral displacements in this same arch key of 9.68 mm for the extreme event load combination. In addition, the nonlinear analysis of the material gave values equivalent to the geometric nonlinear analysis, because for this analysis the structure did not reach the plastic range.