Estabilidad dinámica en puentes arco bowstring

Abstract

RESUMEN: La inestabilidad dinámica de un sistema estructural se caracteriza por la resonancia paramétrica, con un crecimiento exponencial de las amplitudes incluso en presencia de amortiguamiento. Como consecuencia, puede ser más peligrosa que la resonancia ordinaria. Mientras que en esta última la acción exterior aparece en la ecuación diferencial del movimiento en el término de la fuerza excitadora, en la resonancia paramétrica dicha acción se traduce en el cambio periódico de los parámetros que definen las propiedades dinámicas del sistema. Esta tesis estudia la estabilidad dinámica en los arcos bowstring cuando son sometidos a cargas dinámicas similares a las producidas por el paso de trenes de alta velocidad, utilizando métodos numéricos de análisis dinámico no lineal. Se demuestra que el comportamiento del arco fuera de su plano se aproxima al descrito por la solución de la Ecuación de Mathieu y las regiones de inestabilidad que la caracterizan. Se analizan los efectos sobre la estructura de diferentes configuraciones de trenes de cargas ferroviarias pasando a velocidades diferentes, describiendo las condiciones más favorables para que aparezca la inestabilidad dinámica, y evaluando el riesgo de que se produzca este tipo de resonancia en viaductos reales de tipología arco bowstring diseñados con la normativa vigente.

ABSTRACT: Dynamic instability of a structural system is characterized by parametric resonance, with exponential growth of the response amplitudes even in the presence of damping. As a result, parametric resonance may be more dangerous than ordinary resonance. While in ordinary resonance the loading appears as the forcing term, in parametric resonance it functions as an excitation parameter that changes the system dynamic properties in the governing differential equation of motion. This thesis studies the dynamic stability of bowstring arches subjected to loads similar to those produced by high speed trains, using numerical methods of dynamic nonlinear analysis. It is shown that the behavior of the arch out of its plane can be approximated by the solution of Mathieu Equation and the instability regions that describe it. The effects on the structure of the passing of different configurations of trains are analyzed, describing the most favorable conditions for dynamic instability to develop, and evaluating the risk for this type of resonance to appear in real bowstring arch viaducts designed with the current specifications.