Numerical study on steel fiber reinforced concrete using finite elements method and constitutive models

Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade de Tecnologia, Departamento de Engenharia Civil e Ambiental, 2017.Sabendo que o concreto possui um comportamento frágil, sendo esta uma peculiaridade negativa para projetos estruturais, a adição de fibras de aço no processo de produção vem se tornando uma das soluções em destaque para a diminuição dessa fragilidade. Isto posto, o concreto reforçado com fibras está, cada vez mais, presente em obras de Construção Civil como, por exemplo, túneis e obras de saneamento básico. Com a grande variedade de fibras, os ensaios experimentais, muitas vezes, torna-se inviável para avaliação do comportamento do compósito reforçado com diferentes tipos de fibra. Neste sentido, este trabalho apresenta simulações em elementos finitos de corpos de prova de concreto com adição de fibras de aço para os ensaios de arrancamento, tração e flexão. Para a inclusão das fibras de aço nos elementos sólidos foram utilizados o método embutido e o método semi-embutido. Nessas simulações, o concreto foi simulado utilizando modelos constitutivos não lineares de dano e de trinca embutida. Por sua vez, para as fibras, o modelo constitutivo utilizado foi o elástico perfeitamente plástico. Para simular o contato foi utilizado o modelo tensão cisalhante-deslizamento proposto pelo CEB-FIP. Por fim, os resultados obtidos numericamente apresentaram boa concordância quando comparados com ensaios experimentais. Palavras Chaves: Concreto reforçado, Fibras de aço, Elementos Finitos, Modelos constitutivos.It is widely acknowledged that the concrete has a fragile behavior, which is a negative trait for structural projects. The addition of steel fibers on the production process is becoming one of the outstanding solutions for reducing this fragility. To that extent, the use of fiber reinforced concrete in constructions is growing rapidly. Experimental tests in this composite material, however, are not widely performed due to costs and the required time. In this sense, this work presents finite elements’ simulations of a set of concrete specimens with reinforcing steel fibers, these are: pull out tests, tensile tests and bending tests. The embedded and semi embedded methods were used to consider the steel fibers in the finite element mesh. In the simulations, the concrete was modeled using damage and embedded crack constitutive models. For the fibers an elastic-plastic constitutive model was used. Finally, to simulate the contact, the shear stress vs sliding model proposed by CEB-FIP was used. The numerical results were compatible with available experimental results