Rollover stability of precast concrete beams supported by elastomeric bearing pads

Abstract

Abstract During construction of precast girder bridges, there is the concern on rollover instability of the beams when exclusively supported by elastomeric bearing pads. This type of failure has been the focus of recent research due several accidents reported. However, these studies have not considered the nonlinear behavior of elastomeric bearing pads and the lift-off effect. Therefore, this paper presents a parametric study with a finite element model calibrated with experimental results, reported in the literature, through a nonlinear geometrical analysis and considering that concrete behaves linearly. Besides, the experimental results are compared to simplified approaches which account the pad nonlinear behavior and the lift-off effect by utilizing its secant rotational stiffness. From the results, the difference between the instability load from nonlinear geometrical analysis and experimental results was 8.7 %, and the simplified eigenvalue solution and experimental was 11.4 %, which was the best fit compared to the other existing analytical models. From the parametrical analysis, the instability load was considerably decreased by varying the initial lateral deflection, the skewed pad rotation, top flange width and the span of the beam.Resumo Durante a construção de pontes em vigas há a preocupação com a instabilidade por tombamento de vigas quando estão sobre aparelhos de apoio. Este tipo de colapso tem sido foco de pesquisas devido a uma série de acidentes reportados. No entanto, estes estudos não têm considerado o comportamento não-linear dos aparelhos de apoio e a perda de contato entre a viga e o neoprene (lift-off). Portanto, este artigo apresenta um estudo paramétrico com um modelo em elementos finitos, calibrado com resultados experimentais da literatura, através de análise não-linear geométrica. Além disso, os resultados experimentais são comparados com modelos analíticos simplificados que levam em conta o efeito lift-off pela utilização da rigidez secante à rotação do aparelho de apoio. A partir dos resultados, a diferença entre a carga de instabilidade experimental e a obtida pela análise não-linear geométrica foi de 8.7 % e para o modelo de auto-valor simplificado foi 11.4 % que apresentou a melhor aproximação comparado a outros modelos analíticos. Das análises paramétricas, a carga de instabilidade decresceu significativamente pelo aumento do deslocamento lateral inicial, da rotação do aparelho de apoio relativa ao eixo da viga, diminuição da largura da mesa superior da viga e pelo aumento do vão.