Simulación de los modos de frecuencias fundamentales en un modelo seccional reducido de tablero puente para ensayos en túnel de viento

Abstract

Las estructuras civiles esbeltas con bordes cortantes sometidas a cargas de viento; por su masa, elasticidad y amortiguamiento; son susceptibles de vibrar en diversos grados de libertad. Estas oscilaciones son caracterizadas por los modos y frecuencias fundamentales de vibración, donde las fuerzas inerciales generadas por el movimiento resultan de mayor magnitud que las fuerzas aerodinámicas inducidas por viento. Dichas estructuras sometidas a la acción de fuerzas fluctuantes generadas por el viento incidente; cuyo rango de frecuencias de excitación es cercano a las frecuencias fundamentales de la estructura; generan respuestas oscilantes de gran amplitud. Estos efectos destructivos se observaron en el colapso del puente Tacoma Narrows en 1940. La dificultad de obtener analíticamente respuestas dinámicas dio origen a las técnicas de análisis a través de modelos reducidos en ensayos en túnel de viento basadas en leyes de semejanza (Teoría de Modelos). En el presente trabajo, con el uso de programas de diseño y simulación 3D, se realiza la simulación de un modelo seccional de un tablero puente implementado en una balanza dinámica. La simulación del modelo estructural, muestran cinco formas modales, frecuencias y desplazamientos máximos. Con los resultados de la simulación, se implementará el modelo físico para estudios en túnel de viento del Laboratorio de Aerodinámica de la Facultad de Ingeniería (UNNE), del puente atirantado “Guamá”, Río Guamá, Pinar del Río, Cuba, reproduciendo la forma modal 1 y 3; desplazamiento vertical y torsión alrededor del eje longitudinal; suprimiendo los otros modos, el análisis experimental se realizará con dos grados de libertad.

Sharp-edged slender civil structures subjected to wind loads; by its mass, elasticity and damping; they are susceptible to vibrate at varying degrees of freedom. These oscillations are characterized by fundamental frequencies of vibration, where the inertial forces generated by the movement are of greater magnitude than the aerodynamic forces induced by wind and modes. These structures under the action of fluctuating forces generated by the incident wind; the excitation frequency range is close to the fundamental frequencies of the structure; they generated large amplitude oscillating responses. These destructive effects were observed in the collapse of the bridge of Tacoma Narrows in 1940. The difficulty of obtaining, analytically dynamic answers gave rise to analysis techniques across models reduced by wind tunnel tests based on laws of similarity (model theory), currently are reliable tools. In this work, with the use of 3D simulation and design programs, is the simulation of a sectional model of the Board bridge implemented in a dynamic balance. The simulation of the structural model, show five modal shapes, frequencies and maximum displacement. With the results of the simulation, the physical model for studies in the wind tunnel of the laboratory of aerodynamics of the Faculty of Engineering (UNNE), of the cable-stayed bridge “ Guamá “, will implement is River Guamá, Pinar del Rio, Cuba, playing the modal form 1 and 3, vertical displacement and torsion around the longitudinal axis by suppressing other modes, the experimental analysis was made with two degrees of freedom.