Análisis Sísmico en Puentes usando CSiBridge-web

Análisis Sísmico en Puentes usando CSiBridge

Resumen:

El participante al final del curso podrá realizar de manera automática el análisis y diseño sísmico,

herramienta que trae el programa CSiBridge; evaluando la respuesta al espectro de diseño y podrá

hacer el análisis pushover. Además, el programa CSiBridge determinará los el ratio de

desplazamientos de demanda vs la capacidad (D/C), para un Sistema de Resistencia Sísmica (ERS)

Este curso lo dedicaremos a desarrollarlo en 8 pasos:

1. Crear el Modelo del Puente; (se le alcanzara el modelo en un archivo cdb).

2. Evaluar el riesgo sísmico del movimiento de suelo y su respectiva amplificación en

aceleración (PGA) y la solicitud de diseño sísmico requerida.

3. Completar el análisis de la carga muerta y evaluar las propiedades de sección fisurada de

las secciones a evaluar.

4. Identificar el espectro de respuesta y los desplazamientos de la demanda por sismo.

5. Determinar las propiedades plásticas de las rotulas y asignarlas a los elementos a evaluar.

6. Análisis Automatizado por desplazamiento.

7. Evaluar la relación entre demanda / capacidad (D/C).

8. Resultados de la revisión y crear un informe.

Figura 1.- Esquema general

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PASO 1

Crear el Modelo de Puente

1.1 Ejemplo Modelo (archivo adjunto)

En este capítulo se describe el primer paso en el proceso a realizar; para completar el análisis

sísmico de un puente con CSiBridge. Se asume que el participante está familiarizado con los

requisitos establecidos en el programa relacionado con la creación de un Bridge Object.

El modelo de este ejemplo en CSiBridge será el que a lo largo de este tema desarrollaremos, estoy

incluyendo todos los parámetros de entrada, para que lo pueda desarrollar de manera individual.

Figura 2.- Modelo final (archivo adjunto)

Como se describe en las especificaciones de la Guía AASHTO LRFD para análisis y diseño sísmico en

puentes, la estrategia de diseño sísmico de este puente es del TIPO 1, diseñar de manera dúctil

la subestructura con una superestructura esencialmente elástico (1.3.3 D uctilidad G uía AASHTO LRFD). Esto implica que el diseño debe incluir la asignación de rotulas plásticas con las características de

degradación para las columnas.

1.2 Descripción del Modelo a desarrollar

Se trata de un puente con tres vanos de hormigón armado y tablero con vigas AASHTO I; las

características son:

Pilotes: el diámetro de los pilotes es 0.36m; la funda es de acero con rellenos de hormigón. El

hormigón se refuerza con 06 barras de acero vertical #5 (5/8”) y con 03 espirales #4 (1/2”) espaciados cada 3”.

Base de Pilotes: las columnas de forman el Bents están conectados monolíticamente a una zapata

de hormigón que está soportado por nueve pilotes cada una. Los zapata o base de pilotes tiene las

siguientes dimensiones: 3.95m x 3.95m x 1.20m (espesor).


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Cursos

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Bents: hay dos Bents interiores con tres columnas de soporte cuyo diámetro es 0.90m.

Deck: el deck se compone de 05 vigas Precast I-Girder AASHTO de 3’-3” que soportara un slab

cuyo espesor en concreto es de 0.20m; y una superficie de desgaste (35 libras por pie cuadrado).

El ancho del deck es 11.80m medido desde de borde a borde del deck.

Span: la longitud de los claros es de 20m cada uno.

Los Estribos se supone que es libre tanto en la dirección longitudinal y transversal, para efecto del

análisis sísmico y evaluar la condición más desfavorable en los Bents.

Figura 3.- Elevación del Modelo del Puente

Figura 4.- Vista en Planta


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Figura 3.- Eleura 3.- Ele

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Figura 5.- Elevación Frontal del Bents

1.3 Bridge Layout Line

Seleccionar una hoja en blanco

Figura 6.- seleccionar hoja de inicio en blanco

El modelo del ejemplo tiene tres claros de aproximadamente 20m cada uno. La disposición

la línea de diseño se define mediante el comando Layout > Layout Line > New; Figura 7

El trazado de la línea es recta, sin variación en la elevación. La longitud real de la línea de diseño es

59 metros.


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blanco blanco

Figura 7.- Bridge Layout Line Data

1.4 Secciones de la Sub estructura

Cuatro propiedades de sección tipo FRAME usaremos en el modelo. Los cuatro tipos de elementos

son:

1.4.1 Bent Cap Beam

Figura 8.- Geometría de la viga cabezal del Bent

En el cap 5, asignaremos las propiedades avanzadas al material, con propiedades no

lineales.


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usaremos en saremos en

1.4.2 Bent Column Properties

Las columnas se define mediante la opción Section Designer; ingresar la información según

las propiedades geométricas como se muestra en la figura 9; Components > Type > Frame

Properties > New > Other > Section Designer

Figura 9.- Data de las Columnas circulares del Bents

En el cap 5, asignaremos las propiedades avanzadas al material, con propiedades no

lineales.

1.4.3 I-Girder Properties

Definir la viga prefabricada según se indica en la figura 10

Figura 10.- Precast I-Girder Properties


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1.4.4 Propiedades de los pilotes

El diámetro de los pilotes es 0.36m y serán 06 pilotes verticales por cada base de pilotes;

con acero longitudinal #9; (Components > Type > Frame Properties > New > Concrete >

Circular.

Figura 11.- Propiedades del pilote

La funda de acero que confina al pilote aumentando la rigidez a la flexion de la sección en

sus componentes 2-2 y 3-3; por lo tanto debemos modificar los factores para conseguir

este efecto en muestro modelo; el factor es de 2.30; (Momento de segundo orden

asociado a la flexión, unidad cm4)

Figura 12.- Modificadores para el momento de inercia de la sección final


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Los pilotes son agregados al Bridge Model como un sistema en cantiléver equivalente

(descrito en la sección 1.8) usando este método, el pilote es reemplazado por una viga con

propiedades de rigidez equivalente a la del pilote interactuando con el suelo circundante.

1.5 Bridge Deck Section

La sección del deck es de: 12.40m de ancho con un total de cinco I-vigas, como se muestra en la

figura 1-10

Figura 13.- Sección del Deck

(Components > Superstructure Type > Deck Section > New)

Los parapetos, así como la superficie de desgaste no son parte de la definición del deck, esto será

asignado al modelo como superpuestas cargas muertas (Wearing Surface).

1.6 Bent Data

Los Bents para este modelo esta conformado por una viga cabezal (Cap_Beam) cuya longitud es de

11.80m, en la figura 14 se muestra el ingreso de data para las columnas que conforman el Bent.

Figura 14.- Data del Bent (parte 1)


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Figura 15.- Data del Bent (parte 2)

1.7 Definición del Objeto Puente (Bridge Object Data)

Data del Objeto Puente (haga clic en Bridge > B ridge O bject > N ew) utiliza para definir la

ubicación y las asignaciones de los Abutments y Bearings. La respuesta sísmica del modelo de

puente dependerá del Earthquake Resisting System (ERS). El participante puede definir los tipos o

condiciones de soporte o vinculacion en el Abutments como en el Bent. Por lo tanto el ERS

dependerá del tipo de soporte o vinculación que se esté usado en los Abutments (estribos), Bents

(apoyos intermedios) asi como de las propiedades del Bearing (soporte o vinculación) que se

asignen en cada elemento descrito anteriormente.

Si una vinculación (Bearing) tiene restricción DOF (grados de libertad), entonces proveerá una

carga en la dirección prescrita que actuara en el puente como parte del ERS.

Figura 16.- Definir los claros y asignar el deck a cada vano


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Observación.- Los estribos (Abutments) pueden definirse usando como soporte los Bents; en este

modelo no usaremos esta característica.

1.7.1 Abutment Property Assignments

Los Estribos (Abutment) son asignados al inicio y al final de cada estación, usando el

comando del Bridge Object from shown, como se muestra en la figura 17 (Bridge > Bridge

Object > Supports > Abutments).

Figura 17.- Línea de comando para asignar los Abutment, inicial y final.

El bearing que vincula al Abutment puede tener un angulo de sesgo según sea necesario;

diafragma rigidos también pueden ser asignados a los Abutments; asi como las

propiedades del bent podrán usarse como apoyo en los estribos (Abutment)

Figura 18.- Opción para asignar como subestructura en los Abutment las propiedades del Bent


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