Wind Versus Linear Mechanical Loading on Thick Composite Plates of Suspension Bridge Decks: A Comparative Study Using the Rayleigh-Ritz Method

Resumen

Este artículo presenta un estudio comparativo de la carga de viento frente a la carga mecánica lineal en placas compuestas gruesas de tableros de puentes colgantes utilizando el método de Rayleigh-Ritz. Los tableros de puentes colgantes son susceptibles a vibraciones inducidas por el viento y cargas mecánicas derivadas del tráfico y el peso propio. Comprender los efectos diferenciales de estos tipos de carga en placas compuestas gruesas es esencial para un diseño de puente seguro y económico. El método de Rayleigh-Ritz se emplea para resolver las ecuaciones diferenciales parciales que rigen el comportamiento, derivadas de la teoría de deformación por cortante de orden superior. El campo de desplazamiento se aproxima mediante funciones base trigonométricas que satisfacen condiciones de contorno de apoyo simple. El funcional de energía potencial total se minimiza para obtener los coeficientes de desplazamiento desconocidos. Los resultados numéricos comparan los perfiles de deflexión, las distribuciones de tensión y la energía de deformación entre la carga de viento (modelada como una distribución de presión parabólica) y la carga mecánica lineal (carga uniformemente distribuida). Los estudios paramétricos investigan los efectos de la relación de aspecto de la placa, la relación de espesor, la orientación de las fibras y la intensidad de la carga en la respuesta estructural. Los hallazgos revelan que la carga de viento produce deformaciones localizadas más pronunciadas cerca del centro de la placa, mientras que la carga mecánica lineal genera una distribución de tensión más uniforme a lo largo del tablero. El método de Rayleigh-Ritz demuestra excelentes características de convergencia y eficiencia computacional, lo que proporciona una herramienta fiable para el diseño preliminar de tableros de puentes colgantes sometidos a cargas ambientales y mecánicas combinadas.