Análisis del Fenómeno de Pandeo en Puentes Atirantados de Arco Metálico Peatonal Tipo Network Sujetos a Cargas Estáticas

Abstract

En el presente trabajo de investigación se aborda el análisis del fenómeno de pandeo en puentes peatonales metálicos tipo Network sujetos a sobrecargas de uso estáticas. El estudio se desarrolló mediante la simulación numérica de un puente tipo Network con el programa de elementos finitos SAP2000, versión 21.2.0, siguiendo la secuencia de análisis propuesta por la normativa europea EN 1993-1-6 (CEN, 2007). El trabajo se inició con modelos simplificados, con el fin de desarrollar y validar la metodología de modelado, además de reconocer las limitaciones numéricas del programa de cálculo. Este enfoque permitió obtener resultados preliminares y realizar una evaluación crítica de las hipótesis iniciales y de los resultados alcanzados. Dichos estudios sentaron las bases de la metodología adoptada. Posteriormente, se llevó a cabo el predimensionamiento del puente peatonal conforme al marco normativo argentino (CIRSOC de segunda generación) y a las especificaciones internacionales (AASHTO). Se consideró únicamente la carga del viento y la sobrecarga peatonal, distribuida en distintos patrones, identificándose que la aplicada a lo largo de toda la luz resultó la más desfavorable. Asimismo, se determinó que la distribución y el nivel de pretensión de las riendas constituyen aspectos de gran importancia en este tipo de estructuras. Se observó también que el entramado de riendas mejora significativamente la respuesta del puente frente a cargas asimétricas. Seguidamente, se efectuó el análisis de estabilidad estructural del modelo completo. Los resultados evidencian la necesidad de incorporar análisis no lineales en el diseño y evaluación de puentes peatonales sobre todo en los de tipo Network. Se observó que los factores de pandeo lineales tienden a sobrestimar la capacidad de la estructura, por lo que no siempre representan un criterio conservador de seguridad. Asimismo, se resalta la importancia de considerar la no linealidad del material en los análisis próximos a la inestabilidad. Finalmente, se destaca que el pandeo constituye un estado límite último y que su estudio resulta una herramienta esencial para detectar puntos débiles y estimar márgenes de seguridad con mayor precisión.

This research work addresses the analysis of the buckling phenomenon in steel pedestrian network arch bridges under static loads. The study was carried out through numerical simulation of a network arch bridge using the finite element software SAP2000, version 21.2.0, following the analysis sequence proposed by the European standard EN 1993-1-6 (CEN, 2007). The study began with simplified models to develop and validate the modeling methodology, as well as to identify the numerical limitations of the software. This approach allowed obtaining preliminary results and performing a critical assessment of the initial assumptions and the outcomes achieved. These studies laid the foundation for the analysis method. Subsequently, the preliminary design of the pedestrian bridge was conducted according to the Argentine regulatory framework (CIRSOC, second generation) and international specifications (AASHTO). Only wind load and pedestrian live loads were considered, applied under different distribution patterns. The load distributed throughout the entire span was identified as the most critical. It was also determined that the distribution and level of prestressing in the hangers are key aspects in this type of structure. Additionally, it was observed that hanger arrangement improves significantly the bridge’s response under asymmetric loads. Then, a structural stability analysis of the complete model was performed. The results highlight the necessity of incorporating nonlinear analyses in the design and evaluation of pedestrian bridges, especially those of the Network-type. Linear buckling factors tend to overestimate structural capacity and may not always provide a conservative safety criterion. Moreover, considering material nonlinearity in analyses near instability is emphasized. Finally, it should be considered that buckling is identified as an ultimate limit state, and its study proves to be an essential tool for detecting weak points and estimating safety margins with better accuracy.