Modelagem numérica do concreto reforçado com fibras de aço utilizando elementos coesivos e elementos de contato aço-concreto

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Rodrigues, Thiago Luiz Freire
Data de Publicação: 2023
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UnB
Texto Completo: http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48921
Resumo: Dissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Faculdade de Tecnologia, 2023.
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spelling Modelagem numérica do concreto reforçado com fibras de aço utilizando elementos coesivos e elementos de contato aço-concretoMétodo dos elementos finitosFibras de açoConcreto reforçadoFissuração e deslocamentoDissertação (mestrado) — Universidade de Brasília, Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção Civil, Faculdade de Tecnologia, 2023.O comportamento quase-frágil do concreto pode resultar na formação de fissuras em estruturas construídas com esse material. No entanto, a adição de fibras de aço tem se mostrado altamente eficaz na melhoria do comportamento pós-fissuração do concreto, aumentando sua capacidade de absorção de energia e reduzindo a probabilidade de danos estruturais. Como resultado, o concreto reforçado com fibras de aço (CRFA) pode suportar cargas mais altas, resistir melhor às condições climáticas e à agressão química, e ter uma vida útil mais longa em comparação com o concreto convencional. Nesse contexto, esta pesquisa apresenta uma abordagem numérica para simular o comportamento do CRFA. A simulação do comportamento do concreto (incluindo a fratura) é realizada utilizando elementos finitos volumétricos combinados com elementos coesivos. Um modelo elástico linear é usado para os elementos volumétricos, enquanto o modelo para os elementos coesivos é baseado na teoria da plasticidade e na mecânica da fratura, permitindo a previsão do desenvolvimento e propagação de fissuras. As fibras de aço são modeladas usando elementos finitos de dois nós (elementos treliça) com um modelo constitutivo elasto-plástico unidimensional perfeito. Elas são posicionadas usando uma distribuição aleatória isotrópica, considerando o efeito da parede do molde. Elementos de contato especiais são usados para modelar o comportamento complexo e não linear da interface entre a fibra e a matriz, capazes de prever os deslocamentos relativos entre o concreto e as fibras de aço. A validação do método é realizada por meio de exemplos numéricos envolvendo conjuntos de fibras, com as curvas carga-deslocamento coincidindo com experimentos na literatura e os padrões de fratura alinhados com os modos de falha. A comparação com resultados experimentais reafirma que a aplicação dessa estratégia numérica na modelagem do comportamento do CRFA é altamente promissora, constituindo-se como uma ferramenta significativa para aprofundar a compreensão dos diferentes aspectos que regem o processo de falha desse material.The quasi-brittle behavior of concrete can lead to the formation of cracks in structures built with this material. However, the addition of steel fibers has proven to be highly effective in enhancing the post-cracking behavior of concrete, increasing its energy absorption capacity and reducing the likelihood of structural damage. As a result, steel fiber-reinforced concrete (SFRC) can withstand higher loads, better resist weather conditions and chemical attacks, and have a longer service life compared to conventional concrete. In this context, this research introduces a numerical approach to simulate the behavior of SFRC. The simulation of concrete behavior (including fracture) is carried out using volumetric finite elements combined with cohesive elements. A linear elastic model is employed for the volumetric elements, while the cohesive elements are based on the theory of plasticity and fracture mechanics, enabling the prediction of crack initiation and propagation. Steel fibers are modeled using two-node finite elements (truss elements) with a one-dimensional perfect elastoplastic constitutive model. They are positioned using a uniform and isotropic random distribution, accounting for the effect of mold walls. Special contact elements are utilized to model the complex and nonlinear behavior of the interface between the fiber and the matrix, capable of predicting relative displacements between the concrete and steel fibers. The validation of the method is performed through numerical examples involving sets of fibers, with load-displacement curves aligning with literature experiments and fracture patterns corresponding to expected failure modes. The comparison with experimental results reaffirms that the application of this numerical strategy in modeling SFRC behavior is highly promising, serving as a significant tool to further comprehend the diverse aspects governing the failure process of this material.Faculdade de Tecnologia (FT)Departamento de Engenharia Civil e Ambiental (FT ENC)Programa de Pós-Graduação em Estruturas e Construção CivilFarfán, Raúl Dário DurandRodrigues, Thiago Luiz Freire2024-07-16T19:45:43Z2024-07-16T19:45:43Z2024-07-162023-09-06info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfRODRIGUES, Thiago Luiz Freire. Modelagem numérica do concreto reforçado com fibras de aço utilizando elementos coesivos e elementos de contato aço-concreto. 2023. xvi, 98 f., il. Dissertação (Mestrado em Estruturas e Construção Civil) — Universidade de Brasília, Brasília, 2023.http://repositorio2.unb.br/jspui/handle/10482/48921A concessão da licença deste item refere-se ao termo de autorização impresso assinado pelo autor com as seguintes condições: Na qualidade de titular dos direitos de autor da publicação, autorizo a Universidade de Brasília e o IBICT a disponibilizar por meio dos sites www.unb.br, www.ibict.br, www.ndltd.org sem ressarcimento dos direitos autorais, de acordo com a Lei nº 9610/98, o texto integral da obra supracitada, conforme permissões assinaladas, para fins de leitura, impressão e/ou download, a título de divulgação da produção científica brasileira, a partir desta data.info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UnBinstname:Universidade de Brasília (UnB)instacron:UNB2024-07-16T19:45:44Zoai:repositorio.unb.br:10482/48921Repositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.unb.br/oai/requestrepositorio@unb.bropendoar:2024-07-16T19:45:44Repositório Institucional da UnB - Universidade de Brasília (UnB)false
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