Fatigue analysis of reinforced concrete road bridges

As pontes rodoviárias de concreto armado estão sujeitas às ações dinâmicas variáveis devido ao tráfego de veículos sobre o tabuleiro. Estas ações dinâmicas podem gerar o surgimento das fraturas ou mesmo a sua propagação na estrutura. A correta consideração destes aspectos objetivou o desenvolvimento de um estudo, de forma a avaliar os esforços do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro. As técnicas para a contagem de ciclos de esforços e a aplicação das regras de dano acumulado foram analisadas através das curvas S-N de diversas normas estudadas. A ponte rodoviária investigada é constituída por quatro vigas longitudinais, três transversinas e por um tabuleiro de concreto armado. O modelo computacional, desenvolvido para a análise dinâmica da ponte, foi concebido com base no emprego de técnicas usuais de discretização através do método dos elementos finitos. O modelo estrutural da obra de arte rodoviária estudada foi simulado com base no emprego de elementos finitos sólidos tridimensionais. Os veículos são representados a partir de sistemas massa-mola-amortecedor. O tráfego dessas viaturas é considerado mediante a simulação de comboios semi-infinitos, deslocando-se com velocidade constante sobre o tabuleiro da ponte. As conclusões deste trabalho versam acerca da vida útil de serviço dos elementos estruturais de pontes rodoviárias de concreto armado submetidas às ações dinâmicas provenientes do tráfego de veículos pesados sobre o tabuleiro.Reinforced concrete highway bridges are subjected to dynamic actions of variable magnitude due to vehicles crossing on the deck pavement. These dynamic actions can generate the nucleation of fractures or even their propagation on the structure. This way, the behaviour and reliability can be compromised and the bridge service life can be reduced. The stress cycles counting techniques and the cumulative damage rules application had been analyzed through S-N curves, based on an extensive revision of concrete bridges service life and theoretical fatigue aspects in reinforced concrete structures, as well as considering the recommended procedures used for the concrete structures main codes. A reinforced concrete skew bridge with spanning 16.5m was investigated in this work. The computational model, developed for the composite bridge dynamic analysis, adopted the usual mesh refinement techniques present in finite element method simulations implemented in the ANSYS program. These viactures are simulated by spring-mass models and the transit are considered by means of semi infinity convoys, displaced with constant velocity across the deck pavement. The proposed analysis methodology and the procedures presented in the design codes were applied, in order to evaluate the bridge fatigue determining the structure service life. The conclusions of this paper have the objective of alerting structural engineers to the possible distortions, associated to the reinforced concrete bridges service life when subjected to dynamic actions due to vehicles crossing on the deck pavement surface