Análise numérica da ação do vento na seção transversal de uma ponte estaiada

Leandro Malveira¹; Fernando Akira Kurokawa¹; Osvaldo Shigueru Nakao¹

¹ Escola Politécnica da USP

doi:10.20906/CPS/CILAMCE2015-0869

Resumo

Muito embora a carga do vento incidente em uma construção possa ser estabelecida em projeto de forma bastante simplificada, a determinação das cargas induzidas pelo vento e sua respectiva ação dinâmica na estrutura demanda análises mais aprofundadas, em face da complexidade do fenômeno e o caráter absolutamente aleatório do seu comportamento. No caso de pontes com vão livres grandes, estas devem ser projetadas para suportar as forças impostas pelo vento. Os esforços aerodinâmicos causados por essas forças, fazem com que tais estruturas apresentem rigidez e amortecimento relativamente baixo, podendo estar sujeitas ao surgimento fenômenos aeroelásticos como o drapejamento ("flutter") e a excitação por desprendimento de vórtices. Neste trabalho será apresentado uma análise numérica da ação do vento sobre uma seção transversal do tabuleiro de uma ponte estaiada. O objetivo aqui é determinar os coeficientes aerodinâmicos (arrasto, sustentação e momento), número de Strouhal e a velocidade crítica do vento que provoca o fenômeno de instabilidade dinâmica, drapejamento, na ponte. Os coeficientes são obtidos pela simulação numérica do escoamento em torno de uma seção de ponte que possui deslocamentos verticais e rotações devidas aos efeitos de torção. A simulação numérica da interação fluido-estrutura foi realizada utilizando a ferramenta ANSYS CFX. Os resultados das simulações são comparados com resultados numéricos e experimentais já publicados na literatura, na qual mostram-se satisfatórios e consistentes. Já a análise do fenômeno de instabilidade foi realizado através de duas abordagens distintas: uma pela análise feita sobre a curva obtida para os coeficientes de drapejamento (flutter derivatives) dado pela seção da ponte e a outra, a partir de um método integração direta de Newmark. Comparando os resultados dessas duas abordagens, notou-se uma boa concordância entre eles. O modelo de ponte considerado neste trabalho é o modelo reduzido da ponte estaiada Sunshine Skyway, localizada na Flórida, EUA.

Palavras-chave: Dinâmica dos fluidos computacional; Aeroelasticidade; Análise estrutural; Drapejamento