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Doctoral Thesis
DOI
https://doi.org/10.11606/T.3.2020.tde-30062021-103113
Document
Author
Full name
Anselmo Leal Carneiro
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
São Paulo, 2020
Supervisor
Committee
Bittencourt, Túlio Nogueira (President)
Santos, Antonio Carlos dos
Beck, André Teófilo
Carvalho, Hermes
Pinto, Roberto Caldas de Andrade
Title in Portuguese
Avaliação do nível de segurança à fadiga proporcionado pelas normas brasileiras de projeto em relação às longarinas de pontes rodoviárias de concreto.
Keywords in Portuguese
Carga móvel
Confiabilidade estrutural
Fadiga das estruturas
Pesagem em movimento
Pontes rodoviárias
Abstract in Portuguese
As pontes rodoviárias, por receberem um carregamento variável proveniente do tráfego de veículos, são suscetíveis à fadiga. O nível de segurança à fadiga das normas brasileiras, porém, ainda é desconhecido, especialmente em relação aos projetos com longarinas protendidas. Este trabalho avalia o nível de segurança à fadiga que as normas brasileiras de projeto proporcionam em relação às longarinas de pontes rodoviárias de concreto, utilizando dados de pesagem em movimento (weigh-in-motion - WIM) de uma importante rodovia federal brasileira, a BR-381 (Rodovia Fernão Dias). Na primeira etapa do trabalho, avaliam-se as solicitações do trem-tipo vigente em relação às do tráfego e desenvolve-se um modelo de carga móvel de fadiga compatível com a abordagem de vida útil ilimitada à fadiga. Para tanto, consideram-se estruturas típicas, de seções com múltiplas vigas e celular, nas quais as razões entre as solicitações do tráfego e da carga móvel (fatores de viés) são determinadas para vãos biapoiados e contínuos em termos de momento fletor e força cortante. Verifica-se que o trem-tipo atual não apresenta uniformidade nos vieses e pode não estar em consonância com a abordagem de vida útil ilimitada à fadiga. O modelo proposto, por outro lado, apresenta fatores de viés mais uniformes e condiz melhor com a abordagem de vida útil ilimitada à fadiga. Na segunda etapa do trabalho, consideram-se diversas concepções de pontes e se avaliam a vida útil e os índices de confiabilidade, em relação à fadiga, das armaduras de longarinas em concreto armado e protendido, com base no tráfego obtido da estação WIM. Para tanto, utiliza-se o método do dano linear acumulado, também conhecido como regra de PalmgrenMiner, em que a análise de confiabilidade é realizada para a vida útil de projeto. Verifica-se que o dimensionamento das armaduras longitudinais (ativa e passiva) e transversais, de acordo com as normas brasileiras, assegura estimativas de vida útil e índices de confiabilidade, à fadiga, além dos valores recomendados na literatura. Assim, apesar de o trem-tipo brasileiro não ser compatível com a abordagem de vida útil ilimitada à fadiga, os critérios de dimensionamento das normas brasileiras, que incluem os coeficientes parciais de segurança e a tensão limite para a verificação de fadiga, garantem níveis de segurança à fadiga satisfatórios. No caso de longarinas protendidas, a variação de tensão limite de projeto para a verificação de fadiga dos estribos poderia inclusive ser aumentada.
Title in English
Assessment of fatigue safety level provided by Brazilian design standards for concrete highway bridge girders.
Keywords in English
Concrete highway bridges
Fatigue of structures
Live load model
Structural reliability
Weigh-in-motion
Abstract in English
It is well known that highway bridges are subjected to fatigue as they work under live loads with different frequencies and amplitude. The fatigue safety level required by Brazilian codes is still unknown, especially for prestressed concrete girders. This work assesses the fatigue safety level provided by Brazilian design standards in relation to concrete highway bridge girders, using weigh-inmotion (WIM) data of an important federal Brazilian highway, BR-381 (Fernão Dias Highway). In the first part of the work, the current live load model is evaluated in relation to the actual traffic and a new fatigue live load model is proposed, using the unlimited fatigue life approach. The main structural analysis performed consider the bridges as box girders or multiple girders. The ratio between real traffic and the live load model load effect (bias factor) are determined for single and continuous spans in terms of bending moment and shear force. It is found that the bias factor of the current live load can vary a lot and may not be in accordance with the unlimited fatigue life approach. The proposed model, on the other hand, presents more uniform bias factors and agrees with the unlimited fatigue life approach. In the second part of the work, the service life and reliability indexes, from the fatigue point of view, of several concrete girders (prestressed and reinforced conceptions) are evaluated using the WIM data. The cumulative linear damage method, also known as the Palmgren-Miner rule, is considered, which the reliability analysis is performed for design service life. It is found that the design of longitudinal (reinforcing and prestressing) and transverse reinforcements according to Brazilian codes ensured values for service life and reliability indexes, in terms of fatigue, higher than values recommended in the literature. Although the Brazilian live load model does not comply with unlimited fatigue life approach, the partial safety factors and stress limits recommended for fatigue design guarantee satisfactory safety levels. For prestressed girders, the stress limit recommended for fatigue design of stirrups could even be increased.
 
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Publishing Date
2021-06-30
 
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