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Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
ANÁLISIS DE PUENTE SOBRE EL EBRO EN DELTEBRE - SANT JAUME D’ENVEJA EN MIDAS CIVIL
PETR NOVOTNÝ
Authors of the design:
Jiří Stráský
Diego Cobo del Arco
Stráský, Hustý and Partners, Czech Republic
SHP
TEC4
Análisis de puentes con construccíon evolutiva. Madrid 2010
Lo passador. Nuevo Puente sobre el Ebro en Deltebre-Sant Jaume d’Enveja
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Página 1
Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
CONTENT:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Introduction
Description of the analysis model
Modelling of the cables
Modelling of composite sections
Time dependent properties
Modelling of constructional sequence
Evaluation of main results
Post construction stage analysis
Conclusion
Análisis de puentes con construccíon evolutiva. Madrid 2010
1. Introduction
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20 m
69 m
112 m
69 m
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1. Introduction
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19.3 m
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1. Introduction
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1. Introduction
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8.0 m
The height of central web is variable
2.1m – 4.7m
19.3 m
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1. Introduction
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1. Introduction
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1. Introduction
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1. Introduction
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Pylons – composite section,
Truss elements for suspension
cables are not visible
PE pipes
• 2 parts
Steel pipes (298.5×25)
• user type,
• solid rectangle shape
Deck – composite section,
Connections
Piers – composite section,
• 5 parts
• 3 parts
• user type,
• user type,
• general shape
• general shape
Piles – horizontal springs
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2. Description of the analysis model
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MODELLING OF THE CABLES
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3. Modelling of the cables
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IDEALIZATION OF THE CABLES AT DEVIATORS
INCLINATION OF A
CONSTRAINT
DIRECTION OF FREE
MOVEMENT
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3. Modelling of the cables
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Steel pipes (298.5×25)
Each cable composed of 73 × 0.6’ monostrands (4 cables in total)
Steel pipes (298.5×25) (beam)
elements of strands (truss)
cable eccentricity
e
Connections to the deck
Stiffness of the web (3 m)
+ vertical stiffener
e
DEVIATOR = Elastic link
connecting the nodes of
deviators and the strands
according to inclination of the
deviator
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3. Modelling of the cables
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Additional connection for final
stage simulating welding of the
pipes to the web
(in-plane stiffness of the web)
CONNECTION OF THE STEEL PIPES TO THE DECK
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3. Modelling of the cables
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IDEALIZATION OF THE CABLES AT SADDLES
Steel pipes
welded after construction
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3. Modelling of the cables
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IDEALIZATION OF THE CABLES AT SADDLES
strands (truss elements)
rigid members inside pylon section
Steel pipes of the extended
saddle
Steel pipes (298.5×25)
– beam elements
e
Temporary beam end release on pipe (free movement
during construction)
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3. Modelling of the cables
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MODELLING OF THE SECTIONS
•
Modelling as a layered elements (steel section, slab
and reinforcement) connecting the same nodes
– Advantages
•
Transparent
•
Cracking of the slab can be simply
modelled by deactivating of the slab
elements
– Disadvantages
•
Just 2D model (torsional stiffness is
difficult to take into account)
•
Finer division into elements necessary
reinforcement element
er
concrete element
node i
concrete slab
ec
node j
es
steel section (variable along the length –
height, thickness of the plates)
steel element
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4. Modelling of composite sections
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• Modelling as a composite section (user type)
–
Formal disadvantage: not possible to see the changes in graphical representation
Part 1
Part 2
Part 3
Part 4
Part 5
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4. Modelling of composite sections
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SECOND MOMENT OF AREA (DECK)
1.4
1.3
1.2
1.1
1
4
Iy [m ]
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
250
240
230
220
210
200
190
180
170
160
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
0
x coordinate [m]
I composite full
I cracked
I steel
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4. Modelling of composite sections
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εCS,100 years = 3.57×
×10-4
TIME DEPENDENT PROPERTIES
- DECK
ϕ = 2.06
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5. Time dependent properties
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TIME DEPENDENT PROPERTIES - PIER
PIER INSIDE STEEL BOX:
εCS = 0
(IF AUTOGENOUS SHRINKAGE WAS TAKEN INTO ACCOUNT ~0.4×10-4)
ϕ = 1.5
PIER OUTSIDE STEEL BOX:
εCS = 3.5×
×10-4
ϕ = 2.04
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5. Time dependent properties
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CONSTRUCTIONAL STAGES
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6. Modelling of constructional sequence
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CS2_1
BEAM END RELEASE
RIGID CONNECTION
STEEL PIPES NOT CONNECTED
(BEAM END RELEASE)
TEMPORARY STAYS
TEMPORARY SUPPORT
TEMPORARY SUPPORT
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6. Modelling of constructional sequence
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CS2_2
CONNECTION OF STEEL PIPES ACROSS BEAM RELEASE
TEMPORARY STAYS REMOVED
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6. Modelling of constructional sequence
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CS3
CONSTRAINT FOR DX
CONSTRAINT FOR DX
STEEL DECK CONNECTED ONLY FOR VERTICAL
FORCE
(BEAM END RELEASE)
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6. Modelling of constructional sequence
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CS4
BOTTOM CABLES INSTALATION AND STRESS TO
AVERAGE 470MPa
RELEASE
RELEASE
CONSTRAINT FOR DX
CONSTRAINT FOR DX
STEEL DECK WELDED
BEAM END RELEASE REMOVED
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6. Modelling of constructional sequence
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CS5
PIPES DISCONNECTED AGAIN
TEMPORARY SUPPORT REMOVED
TEMPORARY SUPPORT REMOVED
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6. Modelling of constructional sequence
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CS6
TOP CABLES INSTALATION AND STRESS TO
AVERAGE 405 MPa
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6. Modelling of constructional sequence
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CS7
LOADING BY WET CONCRETE OF PART 2
Part 2
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6. Modelling of constructional sequence
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CS8
Part 2
HARDENING OF CONCRETE OF PART 2
STRESSING TOP CABLES TO AVERAGE 725MPa
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6. Modelling of constructional sequence
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CS9
LOADING BY WET CONCRETE OF PART 3
Part 3
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6. Modelling of constructional sequence
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CS10
HARDENING OF CONCRETE OF PART 3
STRESSING BOTTOM CABLES TO AVERAGE 810MPa
Part 3 - hardening
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6. Modelling of constructional sequence
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CS11
LOADING BY WET CONCRETE OF PART 4
Part 4
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6. Modelling of constructional sequence
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CS12
HARDENING OF CONCRETE OF PART 4
CONCRETING EDGE WALLS AROUND PIERS
Part 4 - hardening
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6. Modelling of constructional sequence
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CS13
FIRST STEP
HARDENING OF CONCRETE OF PART 5
AROUND PIERS
STRESSING TOP CABLES TO AVERAGE 1075MPa
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6. Modelling of constructional sequence
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CS13
USER STEP 1
STRESSING BOTTOM CABLES TO AVERAGE 1035MPa
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6. Modelling of constructional sequence
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CS13
LAST STEP
CONCRETING EDGE WALLS IN SPANS
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CS23
HARDENING OF CONCRETE OF PART 5
IN SPANS
CONNECTION OF THE PIPES
(DEACTIVATION OF BEAM END RELEASE)
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6. Modelling of constructional sequence
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CS24
ADDITIONAL PERMANENT LOAD 34KN/m
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6. Modelling of constructional sequence
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CS25
AFTER CREEP AND SHRINKAGE
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6. Modelling of constructional sequence
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STRESS IN CABLES - FRICTION
1150
Stress release
before anchoring
Stress in cables [MPa]
1200
1100
1050
1000
950
900
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
Distance from abutment [m]
stress before anchoring
stress after anchoring
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6. Modelling of constructional sequence
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STRESS IN CABLES - FRICTION
1150
Stress release
before anchoring
Stress in cables [MPa]
1200
1100
1050
1000
950
900
0
25
50
75
100
125
150
Distance from abutment [m]
175
200
225
250
AVERAGE STRESS ASSUMED IN ANALYSIS
stress before anchoring
stress after anchoring
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6. Modelling of constructional sequence
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SUMMARY OF DEFLECTIONS
Uz [m]
0.150
0.125
0.100
0.075
0.050
0.025
0.000
-0.025
-0.050
-0.075
-0.100
-0.125
-0.150
-0.175
-0.200
-0.225
-0.250
-0.275
-0.300
-0.325
-0.350
0
13
25
38
50
63
75
88
100
113
125
138
150
163
175
188
200
213
225
CS2_1
CS2_2
CS3
CS4
CS5
CS6
CS7
CS8
CS9
CS10
CS11
CS12
CS13 first
CS13 second
CS13 third
CS23
CS24
CS25
238
250
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7. Evaluation of main results
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STRESS IN CONCRETE SLAB
CS2-1
Concrete - part 2 - axial
CS2-2
4 000
CS3
CS4
2 000
CS5
CS6
CS7
stress [kPa]
0
CS8
CS9
-2 000
CS10
CS11
CS12
-4 000
CS13 first step
CS13 second step
-6 000
CS13 third step
CS23
X coordinate [m]
CS24
-8 000
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
CS25
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7. Evaluation of main results
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STRESS IN CONCRETE SLAB
CS2-1
Concrete - part 3 - axial
CS2-2
4 000
CS3
CS4
2 000
CS5
CS6
CS7
stress [kPa]
0
CS8
CS9
-2 000
CS10
CS11
CS12
-4 000
CS13 first step
CS13 second step
CS13 third step
-6 000
CS23
X coordinate [m]
CS24
-8 000
CS25
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
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7. Evaluation of main results
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STRESS IN CONCRETE SLAB
CS2-1
Concrete - part 4 - axial
4 000
CS2-2
CS3
CS4
2 000
CS5
CS6
stress [kPa]
0
CS7
CS8
CS9
-2 000
CS10
CS11
CS12
-4 000
CS13 first step
CS13 second step
-6 000
CS13 third step
CS23
X coordinate [m]
CS24
-8 000
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
CS25
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7. Evaluation of main results
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STRESS IN CONCRETE SLAB
CS2-1
Concrete - part 5 - axial
CS2-2
4 000
CS3
CS4
2 000
CS5
CS6
CS7
stress [kPa]
0
CS8
CS9
-2 000
CS10
CS11
CS12
-4 000
CS13 first step
CS13 second step
-6 000
CS13 third step
CS23
X coordinate [m]
CS24
-8 000
0
25
50
75
100
125
150
175
200
225
250
CS25
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7. Evaluation of main results
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POST CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS
0.25 m
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8. Post construction stage analysis
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Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
POST CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS
My = 38 MNm
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8. Post construction stage analysis
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Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
POST CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS
∆Fx = 68 MN
Increase due to
axial stiffness of
the pipes
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8. Post construction stage analysis
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Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
POST CONSTRUCTION STAGE ANALYSIS
Stress in pipes for full live load ∆σ = 90 MPa !
Stress in strands for full live load ∆σ = 40 MPa
∑σ = 1050 + 15 + 40 = 1105 MPa
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8. Post construction stage analysis
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Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
6.00
5.75
5.50
5.25
5.00
4.75
4.50
4.25
4.00
3.75
3.50
3.25
3.00
2.75
2.50
2.25
2.00
1.75
1.50
1.25
1.00
0.75
0.50
0.25
0.00
-0.25
-0.50
radial
force
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
24
31
32
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R [MN]
RADIAL FORCE IN STRANDS [MN]
DIAPHRAGM
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8. Post construction stage analysis
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Realizaciones Recientes en España
R
F
FORCE ON CABLE
F
CABLE
MOVEMENT
R
F
F=µ×R
µ = 0.15
F
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ANALYSIS OF SOME DETAILS
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8. Post construction stage analysis
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Realizaciones Recientes en España
EIGENVALUE ANALYSIS
f1=0.61Hz
f4=1.36Hz
f7=1.93Hz
f2=0.66Hz
f5=1.74Hz
f8=2.61Hz
f3=1.03Hz
f6=1.86Hz
f9=2.79Hz
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8. Post construction stage analysis
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Análisis de Puentes con Construcción Evolutiva.
Realizaciones Recientes en España
CONCLUSION
Some practical observations
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Midas Civil can be easily and successfully applied for this type of a structure,
Data can be readily organised in excel sheets and then inserted using MCT
command shell,
Data can be copied to excel via clipboard and vice versa,
User type of a composite section is very powerful,
Analysis of constructional stages can be performed easily using structure, boundary
and element groups
Beam end release needs to applied with caution.
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9. Conclusion
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MAIN PARTICIPANTS
• Brid
DESIGN OF THE BRIDGE:
JIŘÍ STRÁSKÝ
DIEGO COBO DEL ARCO, INGRID RAVENTÓS I DUDOUS
STRASKY, HUSTY AND PARTNERS
TEC4
CONTRACTOR:
CABLES:
INVESTOR:
ANALYSIS IN MIDAS:
PETR NOVOTNÝ, ONDŘEJ TOMEK
FCC CONSTRUCCIÓN
BBR
Gestió d'Infraestructures,
S.A.U. – GISA
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9. Conclusion
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