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Puente Tátara
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Diseño de puentes y obras de arte
PUENTE TATARA
El puente Tátara es el plus ultra en el mundo de los puentes atirantados. Es una obra maestra técnica que demuestra que los puentes soportados por cable en el momento de la construcción pueden extenderse casi 900m. Siendo más barato con una mejor estética, el Puente Tátara y otros modernos puentes atirantados se están convirtiendo en una opción más viable a los puentes colgantes.
Este documento trata sobre el mayor puente atirantado en Japón que evalúa las condiciones de carga y analiza la estética y los métodos de construcción utilizados.
La Autoridad del Puente Honshū-Shikoku fue establecida para conectar la isla más grande de Japón, Honshū con la más pequeña, Shikoku, que anteriormente sólo se alcanzaba en barco. El proyecto consta de tres autopistas: Central, Oriental y Occidental. El puente de Tátara se encuentra en la autopista occidental junto con otros ocho puentes y se completó en 1999. La autopista occidental pasa por nueve de las islas Geiyo con el puente de Tátara que conecta dos de estos archipiélagos juntos.
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2 El puente Tátara está situado en una de las partes más geológicamente activos del mundo y diseñado para algunos de los tifones más grandes del mundo prevalentes en Japón. Además, se encuentra en una zona muy geológicamente activa y tiene que soportar grandes terremotos. La propuesta original para el puente de Tátara era ser un puente de suspensión, sin embargo, debido al efecto que tendría en el área circundante del parque nacional fue cambiado a un puente atirantado.
Con el palmo principal de 890m en el momento de la construcción, era el puente atirantado más largo del mundo. El puente Tátara confirmo que el puente de 900 metros tiene la capacidad de carga necesaria especialmente bajo una carga de viento extremo.
La longitud total del puente de Tátara es 1480m con dos tramos laterales de diferentes longitudes. El tramo principal se compone de una viga de caja de acero con las vigas laterales que consta de caja de acero y vigas de caja de hormigón que actúan como contrapesos y contra el levantamiento. Principal tramo 890m Tramo lateral 320m y 270m Longitud total 1480m Ancho de Cubierta 30.6m Profundidad de Cubierta 2.7m Carriles
Cuatro carriles para Tráfico con dos carriles para peatones y
ciclistas
Altura de Torres 220m Coste $605.8 millones
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1. ESTÉTICA
1.1.
FUNCIÓN
La función del puente se puede ver claramente con los cables en la tensión que transfiere la carga a los pilotes en la compresión en las funciones. Esto muestra los materiales utilizados con una superficie de hormigón para la torre y los cables en acero. Es la sencillez de esto lo que produce la elegancia del puente.
1.2.
PROPORCIONES
Las proporciones del puente parecen ser correctas con una cubierta delgada (relación tramo/ profundidad de 1/330) debido al alto número de cables que toman la mayor parte de la carga además de las columnas delgadas de las torres. Las torres también no son demasiado altas, cualquier más corto el puente parecería alargado tomándolo fuera de proporción. El tramo central también es mucho más ancho que los tramos laterales que dibujan el ojo desde el borde.
1.3.
ORDEN
Un montón de caminos que se unen al puente significa que se puede ver en la elevación, pero la mayoría de los conductores lo verán desde la perspectiva como se muestra en la imagen. Sin embargo, con dos planos de cables puede producir muchas líneas diferentes que se pueden llenar cuando se mira desde un ángulo oblicuo. Además, el uso de menos cables también podría resolver este problema, pero esto significaba que la cubierta tendría que ser más profunda haciendo que parezca fuera de proporción. La parte lisa de la cubierta se rompe por las conexiones de cable que a medida que se colocan a intervalos regulares dan algún orden. Las piezas de fijación del cable se almacenaron dentro del carenado de modo que el accesorio no se expone a la viga exterior. Esto también es importante para el mantenimiento. Habría sido mejor cubrir estas conexiones aún más, de modo que la parte suave era continua. 1.4.
INTEGRACIÓN AL ENTORNO
Puentes atirantados son puentes elegantes si se colocan en el área correcta. Como el puente Tátara se coloca sobre el agua se integra muy bien en el ambiente con el tipo derecho de puente para la localización. Si el puente soportado por el cable se coloca sobre un valle, entonces el atractivo estético se pierde y un arco sería un mejor tipo de puente. Las altas torres también complementan las colinas circundantes y las montañas por lo que teniendo en cuenta la topografía local para el diseño.
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4 1.5.
TEXTURA
Los muebles se dan un acabado mate con un acabado brillante para la cubierta que da una clara distinción entre los diferentes elementos del puente.
1.6.
COLOR
Las torres parecen ser más brillantes que la cubierta así que los ojos del observador miran inmediatamente en éstos, pues son la parte más apuesta de todo el puente. Además, el color más claro de las columnas da a los muelles una apariencia más delgada en consonancia con la cubierta delgada. Los cables se pintan de negro para mezclarlos mezcla contra el fondo oscuro de las montañas como los cables de doble plano puede parecer estar atestado cuando se mira en un ángulo oblicuo.
1.7.
CARÁCTER
Esta es una sección difícil de comentar con estructuras más antiguas que tienen más carácter o si hay características idiosincrásicas en el diseño. Las torres del puente son únicas dando una mirada de distancia en comparación con otros dos planos de cable de los puentes se mantuvo. Esto también da una apariencia innovadora que muestra carácter. Además, las líneas que muestran dónde están conectados los bloques prefabricados son una característica agradable que da al personaje algún carácter mientras muestra al público cómo se construyó el puente.
1.8.
COMPLEJIDAD
Esto puede ser un área difícil de cumplir con demasiada complejidad arruinando la apariencia y demasiado poco haciéndolo parecer demasiado simple y poco interesante para el espectador. Sin embargo, el puente Tátara tiene un diseño simple con los cables que transfieren las cargas de la cubierta sobre los pilones y entonces en las fundaciones pero hay bastante complejidad para hacerla estimulante visualmente.
1.9.
NATURALEZA
La naturaleza se ha incorporado en el diseño con la disposición del ventilador de los cables todo extendido hacia fuera de un punto sobre la tapa de la torre. Esto da la apariencia de un "pájaro que separa sus alas".
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1.10.
REFINAMIENTOS
El puente es muy refinado con una gran atención al detalle. Por ejemplo, la parte superior de las torres son crónicas en la sección para reducir los efectos de carga de viento, pero también llegar a un punto para formar una sección A, posiblemente el mejor diseño para las torres. Un solo plano de cables es a menudo el diseño más elegante y esto se ha incorporado en el diseño con el plano doble de los cables traídos cerca juntos. Los cables se unen entre la carretera y el pavimento dando la ilusión de un plano central, manteniendo así el refinamiento de las torres angulares. Con columnas relativamente anchas en la base, la inclinación bastante agresiva hacia la cubierta realmente hace que el resto de las columnas aparezcan muy delgadas. Esto también muestra donde los momentos más grandes de las torres se reducirá más arriba por lo tanto, utilizando secciones delgadas. La curva en la parte superior donde las dos columnas se juntan en la torre se refleja en la parte inferior con las dos columnas que se unen en la base.
Las curvas se repiten arriba mostrando continuidad en todo el diseño. Esto se repite con los pilares que soportan los tramos laterales en un ángulo en lugar de perpendicular desde el suelo dada continuidad a través del puente. Sin embargo, los ángulos de estas columnas parecen estar variando con diferentes espacios entre las columnas en la base, pero esto tal vez porque dos de los muelles están en el agua y dos están en tierra, pero altera ligeramente el orden y la repetición del puente.
1.11.
RESUMEN DE ESTÉTICA DE PUENTE
Usando Fritz Leonhardt como plantilla, los diez puntos ayudan a identificar la belleza del puente. Un puente no tiene que satisfacer todos los criterios para ser hermoso. Sin embargo, el puente Tátara ha cumplido con éxito todos los criterios. Es una certificación para los diseñadores y los ingenieros para crear un puente que es visualmente impresionante utilizando miles de tonos de acero y hormigón, así como estructuralmente impecable.
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2. ESTRUCTURA
2.1.
ELECCIÓN DE TIPO DE PUENTE
En 1973, el diseño inicial del puente Tátara debía ser un puente colgante con la tecnología atirantada solamente capaz de abarcar distancias medianas. El puente más largo soportado por cable en 1974 fue Köhlbrandbrücke en Hamburgo, Alemania con 325m, por lo que la tecnología no estaba allí para extender casi 900m. Sin embargo, Japón puso un alto en la construcción del puente Tátara que desviaba fondos para hacer frente a la crisis petrolífera internacional. En 1989, la planificación se reanudó y decidió que los anclajes de la suspensión dañaría la belleza del parque nacional en un extremo. Como resultado de ello se eligió un puente atirantado. Además, el diseño atirantado a cable trajo ventajas adicionales en coste y tiempo de construcción.
El nuevo diseño que utiliza un puente soportado por cable es ahora más barato que construir un puente colgante para el mismo tramo. Esto se debe a los grandes gastos de hilado de los cables principales y tiene mucho más problemas de construcción conseguir los cables correctos en comparación con el uso de más cables con diámetros más pequeños. Esta razón también acelera la construcción con un puente atirantado erigido más rápido que un puente colgante.
2.2.
DISEÑO
Debido al largo tramo del puente, hay cargas muy altas del viento así que las torres necesitan tener alta estabilidad lateral. Por esta razón, el diseño del marco en A fue elegido con sus dos secciones cerradas, la sección más pequeña por encima de la más grande. Esto aumenta la rigidez en flexión reduciendo cualquier rotación. Para las torres se utilizó el diseño inverso “ Y”, ya que tiene mejores propiedades aerodinámicas y una mejor estética que el diseño original en forma de A. Además, la sección recta en la parte superior facilita cualquier problema de construcción que conecta todos los cables a una parte que da la disposición semi-arpa. Para la disposición de la estancia la idea original era elegir el patrón del ventilador pues es un diseño más eficiente usando los cables más ligeros como se requieren menos materiales.
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El diseño del ventilador también tiene ventajas adicionales, tales como, los cables están en un ángulo mucho más inclinado a la horizontal en comparación con la disposición de arpa, por lo tanto, el componente horizontal es mucho menos en la cubierta. Esta configuración también aumenta la flexibilidad para los movimientos horizontales mejorando el rendimiento contra la actividad sísmica [10]. Sin embargo, la disposición del ventilador es una idea teórica, ya que es casi imposible conectar todos los cables a un único punto. Por lo tanto, para aumentar la practicidad de la conexión de los cables a la torre, se utiliza la configuración de semi-ventilador. Aquí es donde las estancias se extienden por la parte superior del pilón.
Con el puente de Tátara con 42 cables puede producir una cubierta más delgada con más de la carga tomada por los pilones por lo que necesitan ser más grandes, sin embargo, desde la posición de la estética no son demasiado grandes para ser fuera de proporción. La cubierta ligera es una ventaja durante un terremoto, sin embargo, se convierte en una desventaja con el viento y éstos se miran más adelante en el papel.
Puentes atirantados tienen un camino de carga directa y esto hace que el puente mucho más rígido. Para minimizar los momentos de flexión tomados por los pilares, el puente tiene que ser casi simétrico con tramos similares a ambos lados del tramo central principal. Sin embargo, debido a las longitudes desiguales de estas vigas laterales las vigas de hormigón pretensado (PC) balancean el peso de la cubierta.
3. CONSTRUCCIÓN
Con un costo de $ 605.8million fue uno de los puentes más caros de los 18 puentes principales construidos a lo largo de la nueva ruta. El puente de Tátara era una parte de un proyecto $ 27 mil millones para conectar las islas de Ikunchi y de Omishima incluyendo 150 kilómetros de autopistas.
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8 Para la geología, el granito es la principal fuente de roca madre. Este tipo de roca ígnea tiene una resistencia muy alta dando suficiente presión de apoyo para el gran peso y presiones de la superestructura del puente. Se construyeron dos cajones grandes, uno para cada torre, situados sobre el granito y llenos de hormigón. Las dos patas de cada torre se juntan y descansan sobre los cajones. Para los muelles laterales que tomaban menos carga, se construyeron pilas en el aluvión con bases de cojinetes para los muelles cuando estaban situadas sobre el granito. El buen lecho rocoso está muy cerca de la superficie del suelo y se requiere tan poca excavación y perforación reduciendo el tiempo y el costo. Además, los muelles están situados en profundidades de agua relativamente poco profundas que reducen la necesidad de costosas mangas y potencialmente bloquean los carriles marítimos.
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Después de instalar los cajones junto con la instalación de buceo de hormigón submarino y atmosférico se inició la construcción de las torres. La torre era la clase más grande nunca de una estructura del monocell. La torre tiene 220 metros de altura y constaba de 23 bloques con tornillos de fricción-agarre de alta resistencia que conectan estos bloques entre sí. El espesor de diseño de las placas de acero fue de 200 mm, con 235 mm comprado para tolerancias y deformaciones en esquinas soldadas.
Las grúas flotantes con una capacidad de 3600t erigieron las dos placas base de 120t cada una con los primeros bloques pesando 240t cada uno, seguido por una parte inferior de la torre que pesa aproximadamente 1500t. Posteriormente se construye una viga de acero de 2000t, cerca de la torre, con una viga de acero de 163m que pesa casi 2500t. Utilizando la nueva cubierta para el patio de trabajo, las grúas torre de elevación 160t colocan los bloques superiores de la torre uno por uno. Las torres fueron construidas a la precisión correcta de 1/2000 la altura de la torre con el control de calidad muy alto de las fábricas y las operaciones exactas de la construcción.
Inmediatamente después de que las torres se completaron las vigas PC para los vanos laterales se instalaron con grúas flotantes utilizados para ello. La viga PC de 1800t de 109m de longitud se instaló en una unidad. Sin embargo, para el otro lado el espacio era demasiado largo para que se instalara un único elemento, por lo que se utilizó una construcción equilibrada. Cuatro bloques se construyeron para el tramo central con tres bloques para el tramo lateral para mantener el equilibrio y no inducir ningún momento grave importante. Finalmente un bloque de 1500t, 102m fue instalado por la grúa flotante que termina el tramo lateral.
Para el tramo central, ambos lados se construyeron simultáneamente con una grúa en cada extremo y la cubierta lanzada como un voladizo. La cubierta se instaló en secciones con 18 necesarios para el lado 2P y 15 para el lado 3P. Mientras se instalaban los cables, los apoyos temporales soportaban las secciones de la viga.
Durante la fase más vulnerable de la construcción dos tifones impactaron entre finales de junio y finales de julio de 1997. El tifón 9 que golpeó a finales de julio fue el más furioso de los dos y mientras el tifón estaba siendo rastreado pruebas de túnel de viento mostraron que las grúas de viaje necesitaban ser movido hacia atrás 50m para mantener los desplazamientos dentro de límites aceptables. La construcción del puente se retrasó en una semana y las grúas se movieron y se retrajeron para disminuir el área proyectada normal a la dirección del viento.
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10 El tifón duró dos días, pero no se produjo ningún daño con las acciones adicionales establecidas, como las medidas anti-vibración de los cables y el enrollamiento de las redes de seguridad de las barandillas. Después de que el tifón se hubiera ido, la construcción continuó después de las inspecciones, la última viga fue puesta en el lugar que cerraba el palmo en el tiempo hermoso el 30 de julio de 1997. No hubo accidentes durante los 6 años de construcción, un verdadero testimonio de la habilidad de los ingenieros y trabajadores de la construcción. El puente Tátara fue abierto finalmente en el horario el 1 de mayo de 1999.
4. CARGANDO
Esto es fundamental para ver cómo reacciona el puente bajo diferentes condiciones de carga. Se creó y probó un modelo de 1:50 para determinar la capacidad de resistencia final con gatos hidráulicos para simular la carga muerta y en vivo a lo largo de todo el puente [14]. El puente se prueba en dos condiciones diferentes: estado límite de servicio (SLS) y estado límite máximo (ULS). SLS se asegura de que el puente todavía sea útil de las deflexiones de la carga agregada y de ULS para cerciorarse de que las cargas no causen ninguna deformación plástica que podría conducir al colapso. Se agregan diferentes cargas para dar el peor escenario posible.
Sin embargo, algunas cargas cuando se agregan dan efectos favorables, por ejemplo, levantamiento del viento contra cargas muertas para que el levantamiento del viento sea ignorado. Se agregan dos factores de seguridad para las cargas muertas, γfl es para cargas y γf3 es para qué tan bien se puede analizar el puente. Todas las cargas factorizadas se miden como carga por metro de longitud a lo largo del puente.
4.1.
CARGA MUERTA
Esta carga es el peso de los elementos de puente reales necesarios para no causar el colapso del puente. Para la viga de acero se utilizaron 15.860t de acero sobre una longitud de 1.312m [7], da una carga muerta de 120.9 kN / m.
La multiplicación por los factores de seguridad de γfl = 1,05 y γf3 = 1,10 da una carga muerta factorizada para la cubierta de acero de 139,6 kN / m. Para la viga de PC 6610m3 de hormigón se utilizó para una longitud de 168m por lo que 39.3m3 de concreto por metro utilizado a una densidad de 24kN / m3 da una carga muerta de 943.2kN / m.
La multiplicación por los factores de seguridad de γfl = 1,15 y γf3 = 1,10 da una carga muerta factorizada para la cubierta de hormigón de 1193,1 kN / m
4.2.
CARGA MUERTA SUPERPUESTA
Esto es lo que hace que el puente sea utilizable, como la porción, el asfalto, la iluminación y esta carga aquí los considera.
El asfalto de 70mm se utiliza para el puente y asume el mismo espesor usado a través del puente. 0.07m x 30.6m ancho del puente x 23kN / m3 = 49.3kN / m.
Suponga otra 10.7kN/m para los parapetos, servicios e iluminación dando 60kN / m sin factor n= 1,75 por lo que la carga facturada es 105kN / m.
Esta carga tiene en cuenta la carga de tráfico en el puente. Como el autor no está familiarizado con los códigos de tránsito japoneses, se utilizarán las especificaciones británicas BS5400-2: 2006 para cargas. La carga del tráfico viene en dos formas, carga de HA y de HB.
4.3.1. Cargando HA
Esta carga simula el tráfico general y los pequeños camiones que atraviesan el puente. La anchura de la calzada para el tráfico que va en ambas direcciones es 20m; Por lo tanto, hay seis carriles teóricos con una anchura de 3,33 m por carril nocional.
La longitud cargada es superior a 380 m, por lo tanto, la carga no actualizada HA es de 9 kN / m. También se agregó el borde de cuchilla y se tomó a 120 kN por carril nocional. Los factores de seguridad para la carga de HA son γfl = 1,25 y γf3 = 1,10.
La carga HA factorizada es de 9 kN * 1,25 * 1,10 = 12,4 kN / m (por metro de carril) La carga KEL factorizada es de 120 kN * 1.25 * 1.10 = 165kN Para dar los peores efectos de torsión se añade la carga completa de HA y KEL para 2 carriles con el resto a 1/3 HA y carga de 1/3 KEL. Además, esto también simula donde los camiones más pesados y más lentos conducirían por los carriles externos de la calzada en los carriles lentos, mostrados en la Fig.
Figura: Dibujo de la carga de tráfico a través del puente
Carga total de HA = (2 * HA + 4 * 1 / 3HA) = 41,3kN / m
Carga KEL total = (2 * KEL + 4 * 1 / 3KEL) = 550 kN
La posición de KEL es diferente ya sea para buscar un máximo de cizallamiento o una flexión máxima. Por ejemplo, para una cizalladura máxima, el KEL se coloca sobre la parte de la cubierta conectada por los restos de cable con el momento de flacidez máximo, el KEL se coloca en el medio entre los dos conjuntos de estancias.
La carga HB tiene en cuenta la carga de camiones muy grandes con cargas anormales sobre ellos. De acuerdo con BS5400-2: 2006 HB carga se considera como 30 unidades. Sin embargo, esto se puede aumentar a 45 unidades en la autoridad de los servicios relevantes de la carretera con el puente cerrado y el camión que va tan cerca a la mitad del puente como sea posible. Una unidad de carga de HB se toma como 10 kN por eje (es decir, 2,5 kN por rueda). Tanto el par delantero como el par trasero de los ejes están separados por 1,8 m, pero 21 m del par de ejes, ya que esto daría el caso más oneroso entre las estancias que están a 21 m de distancia. La carga de HB se puede colocar en un carril o caballo entre dos carriles.
Figura 15: Ejemplo de HB Cargando, sección 6.4 BS5400-2: 2006
Sin embargo, la carga HB no siempre se utiliza para el análisis debido al hecho de que 25 m de cada lado de la carga anormal es clara para modelar la escolta de la policía y por lo tanto, hay grandes áreas de la carretera descargada y por lo tanto no el peor escenario.
4.3.3. Carga Secundaria
Como el puente es recto sin curvas, la carga centrífuga horizontal se ignora. Para las fuerzas de frenado se toma como el mayor valor de 8kN / m a lo largo de un solo carril nocional + 200kN de carga puntual o 25% de la carga nominal total de HB aplicada sobre dos ejes.
Esto es debido a la carga accidental de vehículos que golpean los parapetos. La velocidad del diseño del puente es 80km / h o 50mph que es igual a 22.2ms-1.
Con 1kN desvía el parapeto de 3mm, la deflexión máxima es de 450mm desde una carga puntual de 150kN. Se supone que el camión 20t golpearía a 20o, dando una fuerza perpendicular al parapeto de 22.2 * sin20 = 7.6 ms1. Se supone que el 90% de la energía se disipa debido al arrugamiento del camión.
F t = M v (1)
Donde F t es el impulso y éste tiene el valor de 10% del momento con el 90% de la energía ya perdida. La masa, m es 20.000 y una velocidad normal en la Parapeto de 7,6ms-1. Esto da un valor de F {t} como 15.200 kgms - 1. Trabajar para calcular la fuerza sobre el parapeto
que se encuentra en la Ec. 2.
V = u + at en (2)
La velocidad inicial, u es 7,6ms-1 con la velocidad final, v siendo cero ms-1 cuando el camión
ha llegado a un punto muerto completo. Esto da entonces la aceleración, a en términos de t, a = -7.6 / t.
S = ut + ½ at2 (3)
Poner el valor de la aceleración en la ecuación 3 da un valor para el desplazamiento, s como 3,8 * t, con el desplazamiento conocido como 450 mm t es igual a 0,118 segundos. La fuerza es entonces el impulso dividido por el tiempo para dar la fuerza, que es 129kN. Por lo tanto, el parapeto se ha desviado 387 mm por debajo del valor máximo de 450 mm. De la inspección visual hay tres parapets entre el carril del tráfico y el borde del puente para parar cualquier tráfico implicado en una colisión.
4.4.
CARGA DE VIENTO
El viento puede tener uno de los efectos más grandes en un puente, causando daño a los elementos estructurales o creando la vibración, que puede llevar al derrumbamiento según lo visto con el puente de los estrechos de Tacoma. La localización del puente Tátara está en un área de alto riesgo con los lotes de Tifones importantes que podrían dañar o hundir el puente.
Debido a esta extensa prueba de túnel de viento se realizó utilizando un modelo a escala 1/70 para garantizar la seguridad. Además, se creó un modelo a escala 1/100 para probar la
estabilidad aerodinámica durante las etapas de construcción. A partir del análisis por computadora y el uso de modelos físicos el puente está diseñado para soportar rachas de hasta 63.6ms-1 (142mph) La carga del viento horizontal se define usando la ecuación 4.
Pt = qA1CD (4)
Cuando q es la presión dinámica de la cabeza calculada en la Ec. 5, A1 es el área horizontal sólida proyectada en m2 con CD la función de la relación b / d y da el coeficiente de resistencia. Con la anchura de la cubierta a 30.6m y la profundidad 2.7m, la relación da a CD como 1.3 el coeficiente mínimo para las cubiertas apoyadas por las vigas de la caja.
q = 0.613νc2 (5)
νc es en 63.6ms-1 dando como 2,480. La superficie proyectada horizontalmente es de 3.996 m2, multiplicando la longitud del puente (1480m) por la profundidad de la cubierta (2.7m). Esto entonces da Pt como 12.8MN cuál la cubierta que abarca 890m y los pylons resiste. Esto da una carga horizontal uniformemente distribuida (UDL) de 14,4 kN / m. Se supone que la cubierta se apoya simplemente con los pilones como soportes en el plano horizontal. Con esta suposición, el momento de flexión máximo se obtiene de la ecuación 6.
MMAX = (wL2) / 8 (6)
Dónde w es el UDL, L es la longitud del principal abarcar y esto da un máximo momento de flacidez 1426 kNm. Sin embargo, las acciones adicionales del viento también se miran como levantamiento del viento o una fuerza vertical hacia abajo. Se calcula utilizando la ecuación 7.
Pv = q Un3 CL (7)
Donde q funcionó antes como 2.480, A3 es el área del plan es 45.288 m2 derivado de la longitud del puente (1480m) multiplicado por el ancho de la cubierta (30.6m). CL depende de la relación b / d (11.3) dando CL como 0.29. Esto da Pv como 32,570MN con una UDL de 36,6kN / m. Nuevamente usando la ec. 6 da el momento de flexión máximo de 3,62 MNm. Combinaciones del viento que carga tomado para dar el caso más oneroso:
1. Sólo Pt;
2. Pt En combinación con ±P v; 3. sólo PL;
4. 0.5Pt en combinación con PL ± 0.5Pv.
La combinación 2 da el peor escenario para la carga del viento. Para la carga longitudinal del viento, ésta es menor debido a la menor superficie y puede ser ignorada. Se encontró que había grandes vibraciones en los cables durante las condiciones de viento y lluvia. Para detener esto, la superficie del cable estaba sangrada, Fig.16. Los hoyuelos son similares a los encontrados en una pelota de golf y ayudar a reducir las vibraciones de estas condiciones climáticas.
Figura 16: la superficie indentada del cable
4.5.
EFECTOS SÍSMICOS
El puente Tátara está diseñado para un terremoto de magnitud 8,5 con un epicentro a 200 km de distancia. El período fundamental del puente en el modo de balanceo longitudinal es de 7,2 segundos. Durante un terremoto una estructura flexible reacciona mejor con la cubierta que es ligera también una ventaja comparada con una estructura rígida. Puentes atirantados son de hecho flexibles que mejoran el rendimiento sísmico. Se supone que no hay juntas de expansión ya que con ellas puede causar el aplastamiento de la cubierta. Como la cubierta se mantiene libre puede pasar a través delos pilones en los cojinetes permitiendo que los cables para absorber el sísmico en lugar de los pilones. Sin embargo, para evaluar la respuesta sísmica del puente es difícil con complejas interacciones 3D. Por lo tanto, se requerirían modelos físicos e informáticos.
4.6.
TEMPERATURA
La temperatura media anual de Shikoku, la isla apenas al sur del puente Tátara es aproximadamente 16oC [16]. Para calcular el efecto de los efectos de la temperatura se utilizará un aumento de la temperatura de 30oC (T) para un cambio diurno alto en la temperatura. La expansión del puente se supone cuando las juntas de dilatación están defectuosas o atascadas.
La longitud del puente desde vigas de acero es de 1.312 my 168 m como vigas de PC. Debido al coeficiente de expansión térmica, α es la misma para acero y hormigón a 12 x 10-6 / oC la longitud, l para la ecuación 8 es 1480m.
δ = α * l * T (8)
La expansión del puente, δ es 532,8 mm, lo que equivale a una expansión de 0,036%. Esto se convierte en un problema donde no hay lugar para que el puente se expanda. Como los muelles son rígidos, tienen que soportar las tensiones adicionales. Para calcular las tensiones tanto en el acero como en el hormigón, la ecuación 9 se utiliza. El módulo de Young, E para el acero es de 200.000 N / mm2 y para el hormigón es de 30.000 N / mm2.
σ = ε * E (9)
La deformación, ε es el resultado de la expansión térmica multiplicada por la temperatura que da 360 με. Mediante la multiplicación de la tensión por el módulo de Young le da la tensión. Para el acero, la tensión es de 72 N / mm2 y para el hormigón, la tensión es de 10,8 N / mm2. Esto es inaceptable, para el concreto cerca del 50% de los 24 N / mm2, la fuerza es sólo de los efectos de la temperatura y ninguno de la carga causando grietas que acorta drásticamente la vida útil del puente. Debido a la esbeltez de la cubierta la compresión horizontal adicional podría inducir el pandeo. Para evitar esto, la dirección horizontal no puede ser restringida por lo que los pilares ponen rodillos o permiten que los pilotes sean lo suficientemente flexibles para permitir la expansión de la cubierta longitudinalmente. Para detener cualquier fuerza inducida por altas temperaturas, la viga se mantiene libre de las torres.
5. FUERZA
En esta sección, el análisis estructural se realiza para el puente para determinar si la cubierta y los cables pueden sufrir lo peor posible. En la Fig. 16 y la Fig. 17 se muestran los momentos más desfavorables de flacidez y acaparamiento. Para los momentos de flacidez máximos, los momentos de acaparamiento se reviven tanto como sea posible con los adyacentes cargados tan ligeramente como sea posible. A continuación, para el momento máximo de acaparamiento, los dos tramos interiores se cargan lo más posible con una carga mínima en los tramos exteriores, deteniendo cualquier acción de alivio.
El KEL del tráfico se pone en el medio del palmo como esto da los momentos más grandes. Para simular peatones y ciclistas en las pasarelas a los lados de la calzada principal se añade una intensidad de 5kN / m2. Con los dos pavimentos cada 2,5m de ancho se incluye una longitud adicional de 25kN / m del puente a las otras cargas. Finalmente, la carga del viento en el caso
más desfavorable, Pt, 11,4 kN / m también se añade a la carga para dar 322,3 kN / m UDL con una carga puntual de 550 kN.
Figura 16 y 17: Diagramas de los momentos más desfavorables de flacidez y acaparamiento
respectivamente
Hay 21 cables que soportan cada mitad del tramo central (445m), se supone que el espaciamiento entre las estancias es de 21.2m. El cable más largo es 460m largo con las torres en 220m [6] la distancia horizontal del plan es 404m usando el teorema de Pitágoras. Por lo tanto, la mayor proporción de la cubierta no soportada por los cables es de 82m y aquí es donde se generarán los momentos más grandes. Utilizando la estática se supone que la plataforma no soportada de 82 m, tiene dos extremos fijos donde están conectadas las estanquillas y los momentos máximos de acaparamiento y flacidez pueden deducirse de la Tabla 2.
550kN (KEL)
322.3 kN/m
82m
Figura 18: dónde w = 310.9kN/m y P = 550kN
Carga Momento Ecuación MNm
UDL Hogging wl2/12 180.60 UDL Sagging wl2/24 90.30 Carga de punto Hogging Pl/8 5.64 Carga de punto Sagging Pl/8 5.64
Tabla 2: Muestra de los momentos de cada punto
Esto da un momento de flacidez máximo de 95.94 MNm y un momento de acaparamiento máximo de 186.24 MNm. Para calcular la capacidad máxima de momento de flexión de la cubierta, el segundo momento de área, I tiene que ser calculado primero usando la ecuación
I = bd3/12 (10)
Donde b es la anchura y d es la altura. Para simplificar los cálculos, se asume la viga de caja como se muestra en la Fig. 19.
Figura 19: Dimensiones asumidas de la caja de la viga
Forma b (mm) d (mm) Yoxx (mm4)
La placa superior 21600 75 759.4 x 106
Caja exterior 21600 2700 3.54 x 1013
Cámaras interiores 7100 2550 2.94 x 1013
Tabla 3: Valores de las diferentes partes de la viga
La tabla 3 muestra los cálculos para los diferentes valores I de la viga. El valor total I en el eje
x de la viga es 6 x 1012 mm4. El segundo momento del área, I es entonces sustituido en la Ec.
11 para obtener la capacidad de momento de flexión de la cubierta.
Donde M es la capacidad de momento de flexión, σ s es la resistencia de diseño del acero, 275N / mm2; Ixx se calculó a partir de la tabla 3 y es el centroide de la viga que en este caso se supone que la mitad de la profundidad de la viga, 1350 mm. Esto da un valor de M de
1220MNm que es mucho más alto que cualquiera de los momentos de flacidez o acaparamiento máximo.
Como se ve en la sección de temperatura, 5.7 un cambio de temperatura de 30 ° C puede añadir tensión de 72N / mm2 al acero, lo que reduciría la capacidad del momento de la cubierta. La tensión de diseño sería entonces de 203 N / mm2, dando una capacidad de
902MNm. Esto es aún más alto que el momento máximo experimentado por la cubierta.
Para la resistencia de los cables, la fuerza de reacción en cada extremo del tramo de 82 m es el peso total del tramo (26980 kN) dividido por dos 13490 kN. Hay dos planos de cables por lo que 13490kN se divide por dos para obtener 6745kN que cada estancia tiene que ser capaz de tomar. El cable más largo, de 460m de largo también tiene el ángulo más acentuado, sin-1 (220/460), da 28.6o y por lo tanto el menos eficiente. Este cable tiene la carga más onerosa de todos los demás cables. Para calcular la tensión en la estancia la fuerza de reacción, 6745kN se divide por sin 28.6 con la respuesta de 14.090kN o 14.09MN.
Para averiguar si la estancia puede tomar esta cantidad de tensión Se requiere la tensión de diseño, cable σ = 640N / mm2 con el recubrimiento exterior supuesto que no tiene resistencia estructural. 7mm Diámetro de los alambres de acero galvanizados se reúnen juntos en la fábrica con 349 de ellos requeridos para hacer el diámetro de la estancia de 170mm [7]. Esto da entonces un área de 22698 mm2. 22698mm2 * 640N / mm2 = capacidad de tensión de 14.5MN.
El cable de 460m de largo puede tomar la carga en la cubierta. Para la carga de viento que se añadió sólo el componente Pt. En condiciones verdaderas del tifón habría valores grandes de Pt y de Pv, sin embargo, la carga viva no existiría pues el puente sería probablemente cerrado para parar cualquier vehículo que es soplado apagado. Además, el Pt siendo un valor bastante grande con el cable cargado más oneroso que tiene una capacidad de diseño de 400 kN aun permaneciendo, se puede suponer que comprende valores Pt y Pv para velocidades de viento más lentas donde el puente permanecería abierto.
Para salir si la estancia puede tomar esta cantidad de tensión. La tensión de diseño está requerida, σ cable = 640N/mm2 con el recubrimiento exterior supuso para tener ninguna fuerza estructural. 7mm Diámetro cables de acero galvanizado son agrupados en la fábrica con 349 de ellos requeridos para hacer el 170mm diámetro de estancia. Esto entonces da un área de 22698 mm2
22698mm2 * 640N/mm2 = 14.5MN capacidad de tensión. El 460m el cable largo puede tomar la carga en la cubierta.
Para la carga de viento el cuál estuvo añadido sólo el componente Pt. En condiciones verdaderas del tifón habría valores grandes de Pt y Pv, aun así, la carga viva no existiría para el puente probablemente sería cerrado para detener los vehículos que salgan. Además, el Pt siendo un valor bastante grande con el cable cargado más pesado que tiene una capacidad de diseño de 400kN que aún permanece, se puede suponer que comprende valores Pt y Pv para velocidades
6. FRECUENCIA NATURAL
Los efectos de las vibraciones son importantes al diseñar el puente. La frecuencia natural debe estar entre 5-75Hz. Si es menor de 5Hz entonces el viento podría excitar el puente causando la resonancia mientras que el puente absorbe la energía oscilando en la misma frecuencia que la frecuencia natural y él podría causar el colapso. Hay pavimentos para que la gente camine y baje, por lo tanto, la frecuencia natural debe ser inferior a 75Hz. Por encima de esta frecuencia no causará colapso, sino que hará que la gente se sienta náuseas y ansiosos. Para calcular la frecuencia natural se utiliza una ecuación simplificada de BS5400-2: 2006 Apéndice B 2.3, Eq.12. Para verificar el resultado se debe utilizar un análisis más detallado mediante software informático.
f
C
2EI
(12) 02πl
2m
Donde fo es la frecuencia natural, C es el factor de configuración para ningún soporte interior es π, la longitud l es el tramo principal de 890m, E es el Módulo de Young de la cubierta de acero es 200x109 N / m2 con el segundo momento de área, He trabajado anteriormente en 6m4. La masa incluye carga muerta y carga muerta superpuesta que da un valor de 24.940 kilogramos por metro. Esto da una frecuencia natural de 0.01Hz; Por lo tanto, la resonancia es un problema importante y tendrá que usar amortiguadores para detener cualquier daño por el viento.
7. VIDA DE DISEÑO
La vida de diseño del puente es de unos 120 años de acuerdo con la norma BS 5400. Sin embargo, debido a su ubicación en una zona de alto riesgo de terremotos y tifones, un acontecimiento "freak" importante, ya sea con la ferocidad por encima del diseño del puente podría causar Daños mayores. El puente Tátara debe ser de gran importancia para arreglar y reabrir debido a que es una parte importante del nuevo proyecto de infraestructura de $ 27 mil millones.
7.1.
DURABILIDAD Y MANTENIMIENTO
El ajuste diferencial de los soportes puede ser un problema para los puentes atirantados debido a que los cables están en tensión y un aumento en el asentamiento podría aumentar esta tensión. Sin embargo, para grandes extensiones esto no es un problema con un muelle de sedimentación de unos pocos centímetros se convertiría en insignificante a través de la cubierta durante un largo período. Además, la flexibilidad relativa del puente permite que los
cables se adapten a la tensión interna inducida sin causar deformaciones en la cubierta. Para detener cualquier fregado del lecho marino que pudiera conducir a cualquier asentamiento, los muelles deberían tener la forma de un gran cilindro o elipse en planta. Esto es un diseño más aerodinámico que para cualquier turbulencia del agua con los vórtices creados que causan el raspado. Además, se podría añadir material de fregar en la parte superior del fondo marino para evitar que ocurra cualquier desgaste.
Con la mayoría de la cubierta producida de acero, tiene la mayor ventaja a largo plazo de no fluencia como se ve en concreto haciendo puentes de acero más duradera. Sin embargo, debido al puente situado en un ambiente salino, la corrosión es un problema importante. Al igual que el puente Golden Gate en San Francisco continuamente pintado para detener la corrosión, esto tendrá que ser hecho aquí. Cualquier herrumbre que apareciera de la corrosión debilitaría dramáticamente esa parte del puente así que tiene que tiene que mantenerse continuamente con una capa de pintura o un revestimiento no corrosivo. Para los cables, los hilos de acero están agrupados entre sí y para evitar que se corroen, se recubren con un inhibidor de corrosión y se cubren con un polietileno de alta densidad resistente a los rayos UV Fig.20.
Figura 20: disposición de los alambres de acero galvanizado y protección de los cables
Para las secciones de la cubierta del PC pueden ocurrir deformaciones de fluencia pero la cubierta es tan masiva que podría tomar las deflexiones. Para las torres, la superficie de concreto podría erosionarse de la sal del mar causando grietas y luego el agua de lluvia y más sal podría comenzar a corroer las torres de acero. Para detener esto las torres estarían pintadas o recubiertas, sin embargo, el hormigón debería durar mucho tiempo antes de que esto suceda. El desprendimiento del hormigón aquí es descuidado debido a no ser el elemento estructural solamente la chapa.
7.2.
VANDALISMO Y RUPTURA
Debido a su ubicación remota, el vandalismo es poco probable. Sin embargo, si graffiti apareció el lugar más probable sería en la cubierta en lugar de los muelles en el agua. Esto podría suceder de la gente que escribe en el pavimento mientras que camina adelante o la gente que para en sus coches y que sale. El puente debe ser inspeccionado regularmente e incluir la búsqueda de vandalismo por lo que cualquier graffiti puede ser controlado. Si sigue siendo un problema CCTV debe instalarse en los peores lugares. Además, las cámaras de circuito cerrado de televisión que se instalan podrían determinar la ubicación exacta de la avería de un motorista. También habría teléfonos ubicados en el puente para que el motorista informara a las autoridades que ayudarían.
7.3.
CONTROL
Para monitorear los efectos durante un terremoto se agregan sismómetros al puente que mide y registra los movimientos del suelo. Además, se agregan acelerómetros para medir la aceleración durante las condiciones de viento o terremoto de la torre y la cubierta. Los acelerómetros se colocan en el en la cimentación y donde se sentirán los desplazamientos más grandes, la parte superior de las torres y los lados de las vigas.
En el futuro para controlar las deformaciones de plástico con el daño podría parecer invisible, pero las cepas podrían aumentar. Un aumento en la tensión podría conducir a la falla estructural eventual. Para evitar que estos sensores de desplazamiento de picos y sensores de tensión electromagnética se podrían utilizar. Los sensores de desplazamiento de pico pueden mostrar con alta precisión la distancia máxima que una torre de puente o cubierta deformó durante un evento crítico, como un tifón o terremoto. Por lo tanto, muéstreles a los ingenieros si se ha producido algún daño. Los sensores de tensión electromagnética se añaden a la parte superior cercana de cada cable y pueden mostrar con precisión la tensión exacta que experimenta la estancia.
8.
CONCLUSIÓN
Este documento proporciona un resumen del tipo de cargas que el Puente Tátara tiene y experimentará. Tenía una prueba importante que soporta un tifón durante la etapa más vulnerable de la construcción pero todavía no ha tenido un terremoto importante a resistir. Este puente demostró que los vanos largos podrían ser alcanzados usando tecnología atirantada y ahora una alternativa viable a los puentes de suspensión. Con una excepcional
estética y habilidad de ingeniería, el puente Tátara es un excelente precedente para futuros puentes de cable de largo alcance.
CAPITULO I:
“
DISEÑO ESTETICO PARA EL PUENTE DE TATARA
”
RESUMEN
Un extenso estudio de la estética del mundo es el puente atirantado más largo, el puente de tátara, que se llevó a cabo. El diseño y el detalle de las torres, la alineación del cable, la forma de la viga y el color se estudiaron utilizando modelos de escala y gráficos asistidos por
ordenador. Debido a la escala de este puente, el diseño estético tuvo que llevarse a cabo dentro de severas restricciones estructurales, incluyendo la estabilidad aerodinámica y la economía
1.
INTRODUCCION
El puente del tátara es el puente más largo del mundo permanecido por cable y tiene un palmo principal de 890 metros para una longitud total de 1480 metros. Forma parte de la autopista Nishi-seto, la ruta más occidental que comprende Japón es el proyecto de puente honshu-shikoku (figura 1) el puente se encuentra en el interior del parque nacional del mar de Seto, Por lo que la armonía con el paisaje circundante y la protección del medio ambiente fueron cuestiones cruciales.
Cuando el puente fue considerado por primera vez en 1973, el plan era construir un puente colgante sin embargo, esto llevó a la gran preocupación sobre cómo evitar la excavación extensa para el anclaje 1A, que debía ser construido en una ladera empinada. Se llevó a cabo una revisión general del plan en 1990, teniendo en cuenta la evolución reciente de los materiales de cable de suspensión (que han avanzado en cuanto a resistencia a la fatiga y protección contra la corrosión), Técnicas computacionales para estructuras de varios grados de libertad y método de construcción.Un esquema de puente atirantado se propone como una alternativa al puente colgante antes, y este diseño fue elegido en última instancia, ya que evita las excavaciones a gran escala y al mismo tiempo demostrar más económico y un plazo de construcción más cortó.
2.
ANTECEDENTES DEL ESTUDIO ESTÉTICO
Antes de implementar el estudio estético, se desarrollaron ciertas ideas estéticas básicas teniendo en cuenta el entorno y los efectos futuros del puente
a) los estados de ánimo cambiantes del mar interior de Seto resultante de la mar brillante y la sombra moteada de muchas islas pequeñas
b) Una imagen de auge, amplitud y fuerza que representa las infinitas posibilidades del futuro y un puente hacia el siglo XXI
c) La esperanza de que las islas traídas por el puente, como resultado, experimenten el desarrollo económico en el futuro
d) Una demostración de la magnífica escala del puente
3.
ESQUEMA ESTRUCTURAL
Un puente atirantado comprende las vigas, cables y torres como con un puente colgante, una gama más amplia de diferentes patrones estructurales y combinaciones son posible. En el caso de un puente atirantado de grandes luces como el puente Tátara, Sin embargo, los requisitos estructurales y especialmente la aerodinámica y la economía- gobiernan gran parte del diseño. A pesar de esta restricción, Todavía es posible una gran flexibilidad en la
configuración de las torres Y alineación de los cables de soporte.
4.
Torres
Las torres son los elementos estructurales más impresionantes y simbólicos de un puente atirantado- Que se extienden verticalmente a una gran altura, y son claramente tanto para los usuarios de la carretera y la gente de turismo. Las torres de un puente atirantado son
aproximadamente dos veces más altas que las de un puente colgante equivalente debido
a la forma en que los cables de suspensión llevan la carga. Generalmente, las torres se determinan por el análisis estructural básico, pero donde el puente es muy largo, la aerodinámica se convierte en un problema importante. Los trabajos de cimentación ya estaban en curso en el momento del inicio del estudio estético, por lo que el diseño fue limitado por ciertas restricciones anteriores, de la siguiente manera.
Tamaño y forma de la cimentación
distancia entre columnas de la torre
Altura de la torre
CONFORMACIÓN
INFERIOR TORRE EN FORMA DE Y INVERTIDA
Configuración básica
Configuración
básica Con hendidura Alza hacia arriba
Dibujo
esquematizado
las columnas de la torre tienen sólo una única curva en los tirantes horizontales, dando una apariencia relativamente simple en su conjunto El diseño, una forma invertida de Y, da el perfil más delgado entre los esquemas posibles.
Ya que una sola columna da la apariencia de ser más ancha de lo que realmente es, el lado de la columna es cónico. El cono puede tener una curvatura de modo que ahi una buena combinación Básicamente la misma que la torre invertida en forma de y. Con la hendidura, la parte superior de la columna es más ancha, pero la sombra emitida por la hendidura la hace parecer más delgada. El diseño es poco convencional como una columna inferior, por lo que tiene una cierta originalidad
Este diseño destaca las dos columnas de la torre y da una estructura bien equilibrada proporcionando dos puntales horizontales en comparación con el diseño de hendidura, Esto tiene una sensación incompleta en su alza hacia arriba.
Aunque no convencional como una torre, el diseño es poco diferente de un diseño típico Estructura Estabilidad x Evaluación general x
Ya que el puente tiene dos planos de cables, los posibles diseños de esqueleto para las torres son el tipo A, el tipo Y invertido, el tipo de bastidor rígido y el tipo de columna gemela.
Basándose en estas posibilidades, se propusieron cuatro esquemas de diseño que satisfacen los requisitos de estructura, construcción, aerodinámica y economía. El cuadro 1 da una comparación final de los cuatro esquemas y comentarios sobre ellos. La torre tipo A ofrece un rendimiento o desempeño aerodinámico superior, pero el diseño en Y invertido es más atractivo si se pueden satisfacer las exigencias de la estabilidad aerodinámica.
Se llevó a cabo una prueba de túnel de viento de modelo completo en una torre Y invertida para desarrollar un diseño que cumpliera los requisitos de estabilidad del viento ajustando
la forma de la sección rectangular de la columna. A través de pruebas de túnel de viento anteriores, se sabía que una sección rectangular podría ser mejorada en lo que respecta a la aerodinámica mediante el corte adecuado de las esquinas. Con el fin de suprimir las vibraciones fuera del plano y en el plano en un grado suficiente, a las dos caras se les dieron diferentes cortes de esquina (Fig. 2)
Las columnas de la torre se doblan hacia dentro por debajo de la cubierta y se requieren elementos diagonales entre las columnas por razones estructurales para resistir las fuerzas laterales del viento y del terremoto. Estas áreas del diseño, sin embargo, necesitaban algún refinamiento desde un punto de vista estético. La tabla 2 es un estudio comparativo de los diseños alternativos para la forma de las torres. Se seleccionó un diseño con columnas más anchas hacia la base. La base de la torre se expande y se forman espacios triangulares por encima de los brazos horizontales inferiores, formando conjuntamente una forma de diamante. Esta configuración da prominencia a las columnas de la torre, creando así una sensación integrada sin complicaciones. Las bases expandidas proporcionan la impresión de estabilidad.
En cuanto al detalle de las torres, se incorporaron las siguientes características en el diseño final (Fig. 3)
Fig. 2. Sección de la torre elegida Fig. 3. Detalles de la torre en el diseño final
a) Las cimas de las torres estaban inclinadas para enfatizar la sensación de elevarse hacia el cielo.
b) Conexiones de columna de apoyo fueron suavizadas en arcos a fin de preservar la sensación en alza.
c) Se añadió un nudillo a la columna para que coincida con la punta del carenado de la viga , manteniendo así la continuidad de la viga en las torres
Pilares y estribos también coinciden con la forma de las torres
5.
Cables atirantados
La disposición de los cables atirantados está determinada por consideraciones estructurales. Aunque los cables atirantados son filamentos finos en comparación con otros elementos estructurales. Pueden aparecer más como un plano porque están dispuestos en filas de hasta 21. Los cables se envuelven en una cubierta de polietileno para protección contra la corrosión, dando un diámetro máximo de 160 mm.
En el diseño original, estancia-cables para los tramos laterales estaban en dos o tres espacios diferentes __ Densamente empacado para la porción de hormigón pretensado de la viga y más ampliamente espaciado en la porción de acero de la viga. Para evitar una discontinuidad, Se añadió una región de transición entre las dos disposiciones de cable diferentes.
La viga principal consta de cajas de acero poco profundas,La viga principal consta de cajas de acero poco profundas,Pero en el extremo terrestre de las vías laterales, Se utiliza el hormigón pretensado para eliminar el levantamiento en los soportes de los extremos. El peralte de la viga el acero principal se determinó por consideraciones estructurales tales como estabilidad de pandeo, Pero la sección transversal aerodinámica fue elegida únicamente por razones de estabilidad aerodinámica. La profundidad y la forma de las vigas pretensadas que forman los brazos laterales y los brazos de aproximación son las mismas que las de la viga principal.
Los anclajes de cable atirantados están encerrados dentro de la caja de la viga. De modo que la estructura de anclaje y los enchufes de cable se ocultan de la vista.
7.
COLOR
Se estudió el color de la superestructura y se seleccionó un gris claro (Munsell N ° N7.5) para las torres y vigas por las siguientes razones:
a) Coincide con el concepto de "luz y sombra".
b) Coincide con el paisaje circundante de una cadena de pequeñas islas con vegetación de hoja perenne.
c) Proporciona uniformidad con los otros diez puentes de largo alcance planificados o ya construidos como parte de esta ruta
d) Coincide naturalmente con el color de las vigas de hormigón pretensado
e) Se desvanece menos, como lo demuestran veinte años de experiencia alrededor del sitio del puente.
Los cables atirantados están cubiertos con tubería de polietileno que tiene un contenido de carbono para una mayor duración en el tiempo. Aunque la tecnología de coloración está disponible para este tipo de cables, Se decidió no agregar ningún color ya que se esperaba que el negro encajara en el ambiente, y además, el cable de color parece negro de todos modos y es también costoso
8.
CONCLUSIONES
Este estudio de estética permitió desarrollar un diseño más equilibrado. el diseño final se muestra en la foto 1.
Aunque muchos elementos estructurales de este diseño fueron determinados por requisitos estructurales, incluyendo aerodinámica, todavía era posible con la consideración cuidadosa para llegar a un diseño equilibrado, significativo sin aumentar costes. El uso de modelos a escala y fotomontajes asistidos por ordenador fue muy útil en la realización de estudios comparativos.
CAPITULO II:
“
DISEÑO RESISTENTE DEL CABLE A LOS VIENTOS PARA EL
PUENTE DE TATARA
”
RESUMEN
Los cables permanentes del puente Tátara tienen una frecuencia natural mucho menor que los de otros puentes debido a su mayor longitud. Se realizaron pruebas de túnel de viento para Características de las vibraciones en las frecuencias bajas, así como para examinar la Métodos de control de vibraciones utilizando una medida aerodinámica Como resultado, se encontró que las superficies de los cables mejora la estabilidad aerodinámica y tiene menos fuerza de arrastre. Que la de los cables con superficies rugosas. Finalmente, la medida aerodinámica fue A los cables del puente de Tátara.
1)
INTRODUCCIÓN
El Puente Tátara, con un tramo central de 890 metros, es el puente atirantado más largo del mundo (Fig.1) en la terminación Conecta dos Islas, Ikuchijima y Ohmishima, en la ruta Onomichi-Imaban del puente Honshu-Shikoku. Este puente emplea un puente compuesto, estructura de acero y PC: el desequilibrio de carga muerta entre el tramo central y los tramos laterales, causado por los tramos laterales más corto que el tramo central, es compensado por PC Vigas instaladas en el extremo de los tramos laterales, los cables están anclados en dos planos de disposición en forma de abanico cada cable consta de alambres de acero galvanizado y está recubierto con Polietileno (Tabla 1).
Tipo Multi-tipo de ventilador (anclado en 2 planos)
Numero de cables 168 cables ( 21 niveles)
Construcción de cables 151-139 cables galvanizados (7mm)/cable
Protección contra la
corrosión Revestimiento de polietileno
Diámetro del cable 110-170 mm
Longitud del cable 108-462 m
Peso del cable 5-56 ton/cable(480-194 N/m)
frecuencia 0.26-1.005 Hz ( cuando este completo, primer modo)
Las vibraciones típicas de los puentes atirantados causados por el viento incluyen vibración, despertar Galopante e inducida por vórtices vibración, lo que los puentes han compartido en común, la vibración era que se localizaban en áreas relativamente planas y que las superficies de los cables eran lisas, por ejemplo, cubiertas con Polietileno. Esto sugirió que el puente Tátara también puede ser objeto a la vibración de la RAM Además, hubo informes de que la
Fig. 1. Plano general del Puente Tatara
RAM Vibraciones podría tener amplitudes grandes, requerir amortiguación adicional, parecía necesario considerar adecuadamente las tecnologías con suficiente antelación, adecuadamente por adelantado. Por otro lado, su disposición tiende a aumentar la importancia de la reducción de la carga de viento en los cables, si esta carga de viento grande (la fuerza de arrastre) es capaz de disminuir, será una gran ayuda en optimización de toda la estructura de la estructura. En vista de estas circunstancias, estudió las características de la vibración de la lluvia y discutió no sólo las medidas de Vibración Control, sino también para una menor fuerza de arrastre.
2)
INVESTIGACIONES SOBRE LAS CARACTERÍSTICAS DE LAS VIBRACIONES
2.1. Resumen de las pruebas del túnel de viento
Los cables del puente de Tátara se caracterizan por una frecuencia natural extremadamente baja comparada con los de los puentes atirantados convencionales, debido a la longitud de cable muy larga resultante desde el largo tramo. Se esperaba que el cable más largo de este puente tuviera una frecuencia de alrededor de 0,26 Hz, mientras que la frecuencia natural más baja fue de aproximadamente 0,5 Hz en el caso de otros puentes atirantados. Así, se realizaron pruebas de túnel de viento para el objetivo de aclarar las características de las vibraciones en rangos de baja frecuencia, campo inexplorado. El modelo de cable utilizado para la prueba de túnel de viento era un cuerpo rígido de tamaño full que constaba de un tubo de 12 m.
Largo de 155 mm de diámetro, cubierto por polietileno en el que se insertó una tubería de acero, y ambos cuyos extremos fueron soportados por muelles con el propósito de estudiar las características de Vibración.
Se utilizó un modelo a escala Full, ya que aseguraba requisitos de similitud como adhesión características del agua a las superficies de los cables y de los riachuelos de agua. La lluvia fue simulada por una tobera de pulverización en el cono de salida del túnel de viento y una tobera auxiliar en el extremo superior del cable.
2.2. Características de vibración de los cables de puente Tátara
La prueba del túnel de viento reveló las siguientes características (Fig. 2).
b) Lluvia La vibración ocurre en la velocidad del viento de aproximadamente 6m / s y 12m / s, y es generado a la menor velocidad del viento cuando el ángulo relativo es de 45 °.
c) De los dos rangos de velocidad, la vibración en la velocidad del viento más alta rango ocurre con rieles en las superficies superior e inferior del cable mientras que la vibración en él se genera una menor velocidad del viento con riachuelos formados solamente sobre la superficie inferior del cable.
d) Si el amortiguamiento estructural del cable es 0 o más en términos de decremento logarítmico (δ), la vibración se suprime por vibraciones locales.
e) El flujo turbulento tiene cierto efecto amortiguador con respecto a la vibración de la RAM.
3)
Discusión de las Medidas de Control de Vibraciones
3.1. Problemas de aplicación de las medidas de control de vibraciones al
puente Tátara
Como medidas para controlar la vibración de la RAM, tres métodos están realmente en uso atando los cables con cables, aumentando el amortiguamiento estructural de los cables mediante dispositivos de amortiguación de instalación, y Mejorando las características aerodinámicas de los cables al dar deformación sobre sus superficies con el puente Tátara, se aplicó una contramedida aerodinámica a los cables para siguientes razones.
Por otra parte, el método diseñado para todos los de alta No es práctico, ya que la
contramedida debe ser llevada al modo de 1 ª El cable más largo En cuanto al método del dispositivo de amortiguación de insta- Estimado por cálculo analítico hasta cierto punto
El método del cable de atadura no es eficaz en vibraciones, porque las conexiones de alambre forman de modo nodos de vibraciones. Por otra parte, el método diseñado para todos los de alto orden no es práctico, ya que la contramedida debe ser llevada al modo de 1 ª El cable más largo En cuanto al método del dispositivo de amortiguación estimado por calculo analítico hasta cierto punto. En el caso del puente de Tátara, la Estructura de los equipos y la protección de los montantes presentan problemas, Los cables largos hacen que el tamaño de los amortiguadores sea mayor y sus ubicaciones de montaje sean más altas, Además, este método no es deseable desde un punto de vista estético. El método aerodinámico, que procesa las superficies del material de revestimiento directamente suprime las fuerzas excitadoras que actúan sobre los cables, no requieren equipos secundarios, por lo tanto, está libre de los problemas que plantean las estructuras de los equipos, Encontrados en el caso del método del cable de atadura y del método de dispositivos de instalación de amortiguación. Se han propuesto contramedidas aerodinámicas y ya se han propuesta y se han aplicado ya algunas medidas puentes. En el puente East-Kobe , se aplicaron protuberancias paralelas a los cables de soporte Cubiertas con polietileno Hehcal strakes se añadieron en la superficie de los cables de estancia en el puente Normandía ,se cortaron ranuras en forma de u en la superficie de los cables de soporte revestidos por polietileno en el puente de yuge.
Sin embargo, el puente de Tátara tenía los siguientes problemas. Las contramedidas aerodinámicas eran propensas a causar una fuerza de arrastre mayor a la velocidad del viento de diseño que la de una superficie lisa. Por ejemplo, el coeficiente de arrastre del cable con protuberancias paralelas en 1,2 a la velocidad del viento de diseño, mientras que 0,7 para un cable con una superficie lisa. En el diseño del Puente de Tátara es preferible una fuerza de arrastre más pequeña, ya que la carga de viento para cables con superficie lisa llega a aproximadamente el 30% de la carga total del viento. Si se aplicara un cable con una fuerza de arrastre mayor al puente de Tátara, ello afectaría al diseño estructural de la cubierta o de la sección de torre. Por lo tanto, era absolutamente necesario investigar cualquier contramedida aerodinámica para desarrollar una sección de cable con una fuerza de arrastre más pequeña y, al mismo tiempo, mejores ediciones de supresión de vibración en un rango de baja frecuencia.
3.2.
Discusión de la Contramedida Aerodinámica
Para investigar el efecto de la configuración superficial del cable sobre las propiedades aerodinámicas, se realizó la prueba de balance de tres componentes. El coeficiente de arrastre de un cuerpo con una sección circular es una función del número de Reynolds, Re = VD / v, donde V es la velocidad de flujo; D es la longitud representativa; V en la viscosidad cinemática. La figura 3. Muestra los resultados del experimento que compararon las características de arrastre entre una superficie de cable que tiene rugosidad uniforme y aquella que tiene patrón cóncavo discreto (cable con sangrado). En ambos casos, la rugosidad era del 1% del diámetro del cable. El cable endentado (foto.1) mostró una tendencia diferente del cable con rugosidad uniforme. Su coeficiente de arrastre (Co) fue 0,61 a un número de Reynolds crítico de 1x105. Dentro del rango de mediciones hasta un número de Reynolds (Re) de 5,5 x105 , equivalente a un viento una velocidad de aproximadamente 55 m / s, el coeficiente de resistencia se mantuvo aproximadamente constante, menor que 0,7. Esto probó que si una superficie de cable es rugosamente discreta, se pueden obtener características de arrastre casi equivalentes a las de un cable liso (con una sección transversal circular) en la gama de velocidad de desplazamiento del viento.
Las características del cable que tiene un patrón endentado se analizaron a través de la medición de la distribución de presión (figura 4). En cuanto al cable con una superficie lisa, en el rango subcrítico, la ubicación del punto de separación, Ɵ, El número de Reynolds (Re)
de aproximadamente 0,9 x 10ª (5), y el coeficiente de presión en la superficie trasera fue casi constante, mostrando que la separación de flujo completa tiene lugar en la superficie trasera. En el Supercrítico a un número de Re de aproximadamente 5 5x105, el punto de separación se movió hacia atrás Un ángulo 6 de aproximadamente 100º, y se restableció la presión estática sobre la superficie trasera porque De mezcla de turbulencia, anchura de estela más estrecha y así sucesivamente Por otro lado, con un cable Teniendo el patrón endentado, casi no se observó diferencia en el coeficiente de presión en Re Número de 0 9x105 y 5 3x105 El punto de separación (0) estaba situado en un ángulo de aproximadamente 110 ° Esto demuestra que el cable recortado ya alcanzó un estado supercrítico a un viento Velocidad de alrededor de 10 m / s, que coincidió bien con los resultados del coeficiente de resistencia al arrastre Medición Con el cable dentado, se observó un pico de presión negativa en un ángulo 6 de aproximadamente 80 ° en el estado supercrítico. Se estima que esta presión negativa suprime la Formación de riachuelos en la superficie superior tales riachuelos son una de las causas de la RAM Vibración Esto indica que el cable endentado es capaz de suprimir la vibración del émbolo por Aumentando el número aparente de Reynolds.
3.3.
Resultados de las pruebas de túnel de viento
Como medida para controlar la Vibración aerodinámicamente sin aumentar la resistencia Coeficiente, se consideró una superficie de cable que tenía una rugosidad cóncava discreta (cable con sangrado). El coeficiente de arrastre del cable endentado era aproximadamente 0 7, que era casi igual al coeficiente de arrastre de diseño de un cable con una superficie lisa para aprender la vibración de la lluvia, los efectos de supresión del cable endentado, las pruebas de vibración bajo lluvia simulada fueron, el método utilizado para la prueba de túnel de viento fue del mismo tamaño que el indicado en 2.1. Los resultados de los ensayos
