Pesquisa sobre o impacto da construção irregular de grupos estruturais em pilares de pontes ferroviárias e sua resposta à carga de vento

Feb 26, 2024

Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10469 (2023) Citar este artigo

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A possibilidade de deformação e colisão nas estruturas de fundação de pontes ferroviárias existentes devido à construção de um grupo de grandes estruturas irregulares nas proximidades e ao seu potencial de tombamento sob fortes cargas de vento constitui uma ameaça potencial. O impacto da construção de grandes esculturas irregulares em pilares de pontes e sua resposta sob fortes ventos é investigado principalmente neste estudo. Um método de modelagem baseado em informações espaciais 3D reais da estrutura da ponte, estrutura geológica e estrutura da escultura é proposto para refletir com precisão suas relações espaciais. O método de diferenças finitas é empregado para analisar o impacto da construção da estrutura da escultura nas deformações dos pilares e no recalque do solo. A estrutura da ponte apresenta pequena deformação global, com deslocamentos horizontais e verticais máximos dos pilares localizados na borda da tampa dobrada na lateral do pilar crítico vizinho da ponte J24 adjacente à escultura. Um modelo de acoplamento fluido-sólido da interação entre a estrutura da escultura e as cargas de vento com duas direções diferentes é estabelecido usando dinâmica de fluidos computacional, e análises teóricas e cálculos numéricos são conduzidos sobre o desempenho anti-tombamento da escultura. Os indicadores de força interna, como deslocamento, tensão e momento da estrutura da escultura no campo de fluxo sob duas condições de trabalho, são estudados e é realizada uma análise comparativa de estruturas típicas. É mostrado que as esculturas A e B têm diferentes direções desfavoráveis ​​do vento e distribuições específicas de forças internas e padrões de resposta devido à influência dos efeitos de tamanho. Sob ambas as condições de trabalho, a estrutura da escultura permanece segura e estável.

Com o rápido desenvolvimento da economia da China, a procura de infra-estruturas de transporte aumentou. Para fornecer ligações de tráfego rápidas entre subúrbios, o transporte ferroviário urbano é a escolha ideal. Segundo as estatísticas, um total de 50 cidades na China continental colocaram em operação 9.192 km de linhas de trânsito ferroviário urbano, dos quais há mais de 950 km de linhas elevadas1. Dado que as linhas ferroviárias elevadas frequentemente cruzam ou são paralelas às estradas urbanas, é inevitável que as pontes ferroviárias sejam afectadas durante a construção municipal de estradas urbanas. Os padrões de controle de pontes ferroviárias elevadas são rigorosos e a deformação permitida é pequena, por isso é necessário controlar rigorosamente a qualidade da construção ao construir sob pontes ferroviárias2, 3. Por exemplo, ao construir estruturas de fundação por estacas enterradas rasas perto de pontes de trânsito ferroviário , deve ser dada especial atenção aos efeitos de deformação das estruturas em fundações de estacas de pontes, blocos sobre estacas, pilares, vigas em U, carris e outras estruturas básicas, bem como à sua resistência a fortes cargas de vento4. Portanto, é necessário estudar o impacto da construção de pontes ferroviárias.

Os estudiosos realizaram pesquisas substanciais sobre a lei de deformação da infraestrutura ferroviária sob a influência de cargas externas. Feng et al.5 utilizaram métodos analíticos para estudar a relação de mapeamento entre a deformação vertical de estruturas de pontes e a deformação de trilhos ferroviários de alta velocidade e propuseram um modelo analítico correspondente. A deformação do trilho sob três deformações estruturais típicas de pontes foi calculada usando métodos analíticos e numéricos de elementos finitos, e a evolução da geometria do trilho neste caso foi analisada. Os resultados mostram que o coeficiente de mapeamento entre a deformação da estrutura da ponte e a deformação do trilho aumenta de forma não linear com o aumento da amplitude de deformação da estrutura da ponte. Gou et al.6 forneceram um método para avaliar quantitativamente a deformação da pista devido a deformações de pontes e degradação intercamada. Usando este método, a avaliação do estado em tempo real dos trilhos ferroviários de alta velocidade foi realizada com base no monitoramento em tempo real da deformação da ponte. A análise e a pesquisa foram validadas em relação ao modelo de elementos finitos 3D e foram utilizadas para estudar o impacto dos principais parâmetros. Salcher et al.7 avaliaram a influência das interações solo-estrutura na dinâmica de pontes ferroviárias com base em simulações numéricas de frequências naturais, modos naturais de vibração e coeficientes de amortecimento equivalentes. Com base no princípio de variação de energia, um modelo de análise de vibração de acoplamento de um sistema de estrutura de ponte-via de viga simplesmente suportada de uma ferrovia de alta velocidade foi estabelecido por Jiang et al.8 sob a consideração do efeito da deformação por cisalhamento. Os métodos de cálculo numérico de elementos finitos ANSYS e MIDAS foram comparados com os métodos analíticos estabelecidos naquele artigo. O método de análise estabelecido no estudo foi utilizado para avaliar as características de vibração natural do sistema estrutural sob diferentes rigidezes intercamadas e diferentes comprimentos de trilhos de seções do subleito. Han et al.9 desenvolveram um sistema integrado que inclui um sistema de posicionamento global (GPS), acelerômetro e anemômetro para obter as respostas de uma ponte de longo vão a cargas extremas de vento. Um filtro de mínimos quadrados recursivo adaptativo foi adotado para separar os movimentos de variação lenta, e o deslocamento total com maior precisão de medição foi obtido a partir dos deslocamentos dinâmicos quase estáticos e de alta frequência combinados. Os resultados mostram que a técnica proposta pode melhorar significativamente a precisão das medições de deslocamento sob ventos fortes.