A proposal of design fire curves for I-girder bridges. Application to an overpass on U.S. Route 1 in Trenton, New Jersey, USA

Abstract

[EN] The importance of bridges within national transportation systems is unquantifiable, given the socioeconomical impact that just one single structure can have on its surrounding area. As such, a bridges design is heavily regulated by codes that define the loads that should be considered to guarantee the long-term integrity of these critical structures. These loads aren't limited to everyday occurrences, such as traffic or wind loads, but also contemplate the inclusion of extraordinary events, such as earthquakes, vehicle impacts, flooding, explosions or fires. Whilst some extraordinary actions have been widely researched and included in design codes, such as earthquakes, others like fires have been practically ignored, even though there are numerous examples of the importance of bridge fires. One of the major obstacles in developing a specific code for bridge fires is the complexity of the numerical models involved in analysing and obtaining the adiabatic temperatures a bridge is exposed to during a fire. Through the analysis of the influence of different parameters on the temperatures reached by a bridge's superstructure, such as a bridges vertical clearance, width, span or substructure configuration, or the fires location and magnitude, the following report develops a proposal of design fire curves, based on the statistical analysis of each parameters significance on adiabatic temperatures. These design fire curves are then validated by comparing the structural response of a bridge on U.S. Route 1, in Trenton, New Jersey, USA using the temperatures obtained in an FDS analysis and the temperatures predicted using the fire curves.

[CA] La importància dels ponts dins dels sistemes nacionals de transport no és quantificable, donat l'impacte socioeconòmic que una sola estructura pot tindre en l'àrea circumdant. Com a tal, el disseny de ponts està fortament regulat per codis que defineixen les càrregues que han de considerar-se per a garantir la integritat a llarg termini d'aquestes estructures crítiques. Aquestes càrregues no es limiten als esdeveniments quotidians, com el trànsit o les càrregues de vent, sinó que també contemplen la inclusió d'esdeveniments extraordinaris, com a terratrémols, impactes de vehicles, inundacions, explosions o incendis. Si bé algunes accions extraordinàries han sigut àmpliament investigades i incloses en els codis de disseny, com els terratrémols, altres com els incendis han sigut pràcticament ignorats, a pesar de que existeixen nombrosos exemples de la importància dels incendis de ponts. Un dels principals obstacles per a desenvolupar un codi específic per a incendis de ponts és la complexitat dels models numèrics involucrats en l'anàlisi i l'obtenció de les temperatures adiabàtiques a les quals està exposat un pont durant un incendi. A través de l'anàlisi de la influència de diferents paràmetres en les temperatures aconseguides per la superestructura d'un pont, com la separació vertical dels ponts, la configuració de l'ample, el tram o la subestructura, o la ubicació i magnitud dels incendis, el següent projecte desenvolupa una proposta de corbes de foc, basat en l'anàlisi estadística de la influència de cada paràmetre en les temperatures adiabàtiques. Aquestes corbes de foc es validen comparant la resposta estructural d'un pont en la U.S. Route 1, en Trenton, Nova Jersey, els EUA, utilitzant les temperatures obtingudes en l'anàlisis FDS i les temperatures predites utilitzant les corbes de foc.

[ES] La importancia de los puentes dentro de los sistemas nacionales de transporte no es cuantificable, dado el impacto socioeconómico que una sola estructura puede tener en el área circundante. Como tal, el diseño de puentes está fuertemente regulado por códigos que definen las cargas que deben considerarse para garantizar la integridad a largo plazo de estas estructuras críticas. Estas cargas no se limitan a los acontecimientos cotidianos, como el tráfico o las cargas de viento, sino que también contemplan la inclusión de eventos extraordinarios, como terremotos, impactos de vehículos, inundaciones, explosiones o incendios. Si bien algunas acciones extraordinarias han sido ampliamente investigadas e incluidas en los códigos de diseño, como los terremotos, otras como los incendios han sido prácticamente ignorados, a pesar de que existen numerosos ejemplos de la importancia de los incendios de puentes. Uno de los principales obstáculos para desarrollar un código específico para incendios de puentes es la complejidad de los modelos numéricos involucrados en el análisis y la obtención de las temperaturas adiabáticas a las que está expuesto un puente durante un incendio. A través del análisis de la influencia de diferentes parámetros en las temperaturas alcanzadas por la superestructura de un puente, como la separación vertical de los puentes, la configuración del ancho, el tramo o la subestructura, o la ubicación y magnitud de los incendios, el siguiente proyecto desarrolla una propuesta de curvas de fuego, basado en el análisis estadístico de la influencia de cada parámetro en las temperaturas adiabáticas. Estas curvas de fuego se validan comparando la respuesta estructural de un puente en la U.S. Route 1, en Trenton, Nueva Jersey, EE. UU., utilizando las temperaturas obtenidas en el análisis FDS y las temperaturas predichas utilizando las curvas de fuego.