Análisis de tensión y deformación del proceso de construcción de elevación integral del arco de tubería de acero de flexión de un puente en arco de viga continua
Introducción
La construcción de puentes de arco de vigas continuas se ha vuelto cada vez más popular debido a su capacidad para abarcar grandes distancias y al mismo tiempo proporcionar integridad estructural y atractivo estético.. Entre las diversas técnicas de construcción., El proceso de elevación integral de arcos de tubos de acero se ha convertido en un método importante para erigir estas estructuras.. Este artículo tiene como objetivo proporcionar un análisis integral de las características de tensión y deformación asociadas con este proceso constructivo., enfatizando los comportamientos mecánicos que influyen en el desempeño y la seguridad del puente.
Fondo
Los puentes de arco de vigas continuas constan de una serie de arcos que sostienen el tablero del puente., Distribuir cargas eficientemente a través de la estructura.. El uso de arcos de tubos de acero curvados ofrece varias ventajas., incluyendo peso reducido, durabilidad mejorada, y una mayor resistencia a los factores ambientales. El proceso de elevación integral implica elevar todo el arco a su posición como una sola unidad., que presenta desafíos únicos en términos de distribución de tensiones y comportamiento de deformación durante la construcción..
Declaración de tesis
Este análisis explorará los patrones de tensión y deformación en la flexión de arcos de tubos de acero durante el proceso de construcción de elevación integral de puentes de arco de vigas continuas.. Utilizando datos empíricos y marcos teóricos., Este artículo tiene como objetivo proporcionar información sobre el desempeño estructural., modos de falla potenciales, e implicaciones para las prácticas de diseño y construcción..
Cuerpo
1. Marco teórico
1.1. Análisis de estrés
La tensión se define como la resistencia interna que ofrece un material a la deformación cuando se somete a fuerzas externas.. En el contexto de doblar arcos de tubos de acero, Los principales tipos de estrés a considerar incluyen:
- Estrés axial: Esto ocurre cuando se aplican fuerzas a lo largo del arco.. Es crucial evaluar la tensión axial para garantizar que el arco pueda soportar fuerzas de compresión y tracción sin pandearse ni ceder..
- Tensión de flexión: Los momentos de flexión que actúan sobre el arco hacen que éste se deforme.. El esfuerzo de flexión máximo ocurre típicamente en la mitad del tramo del arco., donde el momento es mayor. Comprender la distribución de la tensión de flexión es esencial para predecir posibles puntos de falla..
- Esfuerzo cortante: El esfuerzo cortante se desarrolla debido a fuerzas transversales que actúan perpendicularmente a la longitud del arco.. Es importante evaluar el esfuerzo cortante para prevenir la falla por corte., que puede comprometer la integridad estructural del arco.
La distribución de tensiones en el arco se puede analizar utilizando principios de la mecánica clásica., particularmente la teoría del haz de Euler-Bernoulli, que proporciona una base para comprender cómo se deforman las vigas bajo diversas condiciones de carga.
1.2. Características de deformación
La deformación se refiere al cambio de forma o tamaño de un elemento estructural debido a cargas aplicadas.. Los tipos clave de deformación relevantes para este análisis incluyen:
- Deformación elástica: Esta es una deformación temporal que se recupera al retirar la carga.. La relación entre tensión y deformación elástica puede describirse mediante la ley de Hooke., que establece que la tensión es proporcional a la deformación dentro del límite elástico del material.
- Deformación plástica: Esto ocurre cuando el material cede más allá de su límite elástico., resultando en una deformación permanente. Comprender el inicio de la deformación plástica es fundamental para garantizar el rendimiento a largo plazo del puente..
2. Metodología
2.1. Análisis de elementos finitos (FEA)
Evaluar con precisión la tensión y la deformación al doblar arcos de tubos de acero durante el proceso de elevación integral., un análisis de elementos finitos (FEA) Se emplea el enfoque. FEA permite la simulación de geometrías complejas y condiciones de carga., proporcionando información detallada sobre el comportamiento estructural del arco.
- Modelado: El arco del puente se modela utilizando un software capaz de realizar FEA., incorporando propiedades materiales, condiciones de contorno, y escenarios de carga. El modelo debe reflejar con precisión la geometría del arco y los detalles de conexión al tablero del puente..
- Condiciones de carga: Se simulan varias condiciones de carga., incluyendo cargas muertas (peso propio de la estructura), cargas vivas (tráfico), y cargas dinámicas (viento, actividad sísmica). El análisis también debe considerar los efectos de los cambios de temperatura y el posible asentamiento de los cimientos..
2.2. Recopilación de datos
Se recopilan datos empíricos de proyectos de puentes existentes que utilizan arcos de tubos de acero doblados.. Estos datos incluyen:
- Propiedades materiales: Información sobre el límite elástico, módulo de elasticidad, y otras propiedades mecánicas relevantes del acero utilizado en el arco.
- Datos históricos de rendimiento: Mediciones de tensión y deformación durante el proceso de elevación de proyectos similares., Proporcionar una base para la comparación y validación de los resultados del FEA..
- Condiciones ambientales: Datos sobre temperatura, humedad, y otros factores ambientales que pueden influir en el rendimiento del arco durante la construcción..
3. Resultados y Discusión
3.1. Análisis de distribución de tensiones
Los resultados del FEA revelan la distribución de tensiones a lo largo del arco de tubo de acero doblado durante el proceso de elevación.. Los hallazgos clave incluyen:
- Concentración máxima de estrés: El análisis identifica concentraciones máximas de tensiones en la mitad del tramo del arco., donde los momentos flectores son mayores. Este hallazgo resalta la necesidad de un monitoreo cuidadoso y un posible refuerzo en estas regiones para evitar fallas..
- Redistribución del estrés: Mientras se levanta el arco, las concentraciones de estrés cambian, lo que requiere una evaluación en tiempo real para evitar exceder el límite elástico del material. Los resultados de la FEA indican que la redistribución del estrés puede conducir a modos de falla inesperados si no se maneja adecuadamente.
3.2. Patrones de deformación
El análisis de deformación indica:
- Deformación elástica: Observado predominantemente durante la fase de levantamiento inicial., con cepas recuperables observadas. El análisis muestra que el arco experimenta una importante deformación elástica antes de alcanzar niveles críticos de tensión..
- Riesgos de deformación plástica: Destacado en regiones que experimentan momentos de flexión excesivos., Sugiriendo la necesidad de refuerzo o modificaciones de diseño para mitigar el riesgo de deformación permanente..
4. Implicaciones para el diseño y la construcción
Los hallazgos de este análisis tienen implicaciones significativas para el diseño y construcción de puentes en arco de vigas continuas.:
- Selección de materiales: La elección de acero para doblar con un límite elástico adecuado es crucial para mitigar los riesgos de deformación plástica.. Los ingenieros deben priorizar materiales con alto límite elástico y ductilidad para mejorar el rendimiento en condiciones de carga dinámica..
- Técnicas de construcción: Las técnicas de elevación mejoradas que minimizan la carga repentina pueden reducir las concentraciones de estrés.. Implementar métodos de levantamiento gradual y utilizar soportes temporales durante el proceso de levantamiento puede ayudar a distribuir las cargas de manera más uniforme a lo largo del arco..
5. Direcciones de investigación futuras
Las investigaciones futuras deberían centrarse en:
- Monitoreo a largo plazo: Implementación de tecnología de sensores para monitorear la tensión y la deformación en tiempo real durante la vida útil del puente.. Estos datos pueden informar las prácticas de mantenimiento y mejorar la seguridad..
- Materiales avanzados: Explorar el uso de materiales compuestos o acero de alta resistencia para mejorar el rendimiento en condiciones de carga dinámica.. La investigación de materiales innovadores puede conducir a diseños de puentes más resilientes.
- Modelado Numérico: Desarrollar modelos numéricos más sofisticados que tengan en cuenta el comportamiento no lineal de los materiales y escenarios de carga complejos.. Las técnicas de modelado mejoradas pueden mejorar la precisión de las predicciones de tensión y deformación..
Referencias
- Timoshenko, S. PAG., & Gere, j. METRO. (1961). Teoría de la estabilidad elástica. McGraw-Hill.
- Chen, W. F., & Duán, l. (2007). Manual de ingeniería de puentes. Prensa CRC.
- zhang, l., & Wang, Y. (2015). Análisis de elementos finitos de puentes en arco. Revista de ingeniería de puentes, 20(3), 04014071.
- Liu, h., & zhao, Y. (2018). Análisis de tensiones de estructuras de acero.. Construcción de acero, 11(2), 100-108.
El uso de pilotes tubulares en la construcción de cimientos ha sido una opción popular durante muchos años.. Los pilotes tubulares se utilizan para transferir la carga de una estructura a un lugar más profundo., capa más estable de suelo o roca.
Beneficios de las armaduras de tuberías El uso de armaduras de tuberías en la construcción ofrece varias ventajas notables: Resistencia y capacidad de carga: Las armaduras de tuberías son reconocidas por su alta relación resistencia-peso.. Los tubos interconectados distribuyen las cargas uniformemente., dando como resultado una estructura robusta y confiable. Esto permite la construcción de grandes luces sin la necesidad de excesivas columnas o vigas de soporte..
El estándar para tuberías sin costura para el transporte de fluidos depende del país o región en el que se encuentre., así como la aplicación específica. Sin embargo, Algunas normas internacionales ampliamente utilizadas para tuberías sin costura para el transporte de fluidos son: ASTM A106: Esta es una especificación estándar para tubos de acero al carbono sin costura para servicio de alta temperatura en los Estados Unidos.. Se utiliza comúnmente en plantas de energía., refinerías, y otras aplicaciones industriales donde están presentes altas temperaturas y presiones. Cubre tuberías en grados A., B, y C, con propiedades mecánicas variables según el grado. API 5L: Esta es una especificación estándar para tuberías utilizadas en la industria del petróleo y el gas.. Cubre tubos de acero soldados y sin costura para sistemas de transporte por tuberías., incluyendo tuberías para transportar gas, agua, y aceite. Las tuberías API 5L están disponibles en varios grados., como X42, X52, X60, y X65, dependiendo de las propiedades del material y los requisitos de aplicación. ASTM A53: Esta es una especificación estándar para tubos de acero galvanizados en caliente y negros sin costura y soldados utilizados en diversas industrias., incluidas aplicaciones de transporte de fluidos. Cubre tuberías en dos grados., A y B, con diferentes propiedades mecánicas y usos previstos. DE 2448 / EN 10216: Estas son las normas europeas para tubos de acero sin costura utilizados en aplicaciones de transporte de fluidos., incluyendo agua, gas, y otros fluidos. Leer más
Las tuberías sin costura para el transporte de fluidos están diseñadas para resistir varios tipos de corrosión según el material utilizado y la aplicación específica.. Algunos de los tipos más comunes de corrosión que estas tuberías están diseñadas para resistir incluyen: Corrosión uniforme: Este es el tipo de corrosión más común., donde toda la superficie de la tubería se corroe uniformemente. Para resistir este tipo de corrosión, Las tuberías suelen estar hechas de materiales resistentes a la corrosión., como acero inoxidable o revestidos con revestimientos protectores. Corrosión galvánica: Esto ocurre cuando dos metales diferentes están en contacto entre sí en presencia de un electrolito., lo que lleva a la corrosión del metal más activo. Para prevenir la corrosión galvánica, Las tuberías pueden estar hechas de metales similares., o pueden aislarse entre sí mediante materiales o revestimientos aislantes. Corrosión por picadura: Las picaduras son una forma localizada de corrosión que ocurre cuando áreas pequeñas en la superficie de la tubería se vuelven más susceptibles al ataque., conduciendo a la formación de pequeños hoyos. Este tipo de corrosión se puede prevenir utilizando materiales con alta resistencia a las picaduras., como aleaciones de acero inoxidable con molibdeno añadido, o aplicando recubrimientos protectores. Corrosión por grietas: La corrosión por grietas ocurre en espacios estrechos o espacios entre dos superficies., semejante Leer más
Cribas de alambre tipo cuña, también conocido como pantallas de alambre de perfil, Se utilizan comúnmente en diversas industrias por sus capacidades de detección superiores.. Están construidos con alambre de forma triangular.,
2 7/8En J55 K55, la tubería de revestimiento de pozo perforado es uno de los principales productos de acero que fabricamos., se pueden usar para agua, aceite, campos de perforación de pozos de gas. Los espesores se pueden suministrar desde 5,51 a 11,18 mm según la profundidad del pozo del cliente y las propiedades mecánicas requeridas.. Normalmente están provistos de conexión roscada., como NUE o EUE, que será más fácil de instalar en el sitio. La longitud de los tubos de revestimiento perforados de 3 a 12 m está disponible para las diferentes alturas de las plataformas de perforación del cliente.. El diámetro del orificio y el área abierta en la superficie también se personalizan. Los diámetros de agujero más populares son 9 mm., 12milímetros, 15milímetros, 16milímetros, 19milímetros, etc..
