Avaliação computacional da reserva de carga de "regiões B e D" de concreto armado considerando a distribuição das armaduras, modelos constitutivos não-lineares para os materiais e danificação do concreto

Orientador: Prof. Dr. Roberto Dalledone MachadoDissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Métodos Numéricos em Engenharia. Defesa : Curitiba, 20/02/2020Inclui referências: p.169-174Área de concentração: Mecânica dos Sólidos ComputacionalResumo: O dimensionamento de estruturas de concreto armado visa definir a quantidade e a distribuição de armaduras necessárias nas peças. Em regiões que apresentam perturbações no campo de tensões (conhecidas na literatura como "Regiões D"), o Método das Bielas é empregado para o dimensionamento das peças. Uma das dificuldades na aplicação do método é a determinação prévia do campo de tensões, pois este depende da própria geometria da peça e do detalhamento das armaduras. Por esse motivo, preliminarmente, análises elásticas geralmente são empregadas para sugerir uma provável distribuição de tensões que pode definir o modelo de escoras e tirantes. Entretanto, considerando o Estado Limite Último (ELU), a distribuição de tensões pode ser afetada por efeitos não-lineares decorrentes das relações constitutivas dos materiais (concreto e aço), do processo de danificação que a peça venha a sofrer e da distribuição de armaduras. O presente trabalho tem como objetivo apresentar análises computacionais não-lineares em diversas peças de concreto armado, considerando a distribuição de armaduras, a fim de avaliar o seu real comportamento no ELU, e comparar com os resultados estimados pelos métodos usuais de dimensionamento, notadamente o Método das Bielas. Para tanto, são desenvolvidos modelos computacionais de concreto armado através do software de elementos finitos ABAQUS, considerando a Mecânica do Dano Plástico. Os modelos aqui elaborados reproduzem detalhadamente as armaduras utilizadas, inclusive, as construtivas, procurando avaliar a influência da distribuição de armaduras no campo de tensões da peça e na sua capacidade resistente. Diversas situações são examinadas e os resultados são comparados com os processos convencionais de cálculo ou com o Método das Bielas. Os exemplos desenvolvidos confirmam que a distribuição de tensões e a capacidade resistente são afetadas pela distribuição de armaduras adotada. Dessa forma, pretendese avaliar como ocorre a evolução das tensões no interior dos elementos e como as armaduras influenciam em sua topologia e resistência final. Palavras-chave: 1. Escora e Tirantes 2. Método dos Elementos Finitos 3. Método das Bielas 4. Concreto Armado 5. Análise Não-LinearAbstract: The design phase of reinforced concrete structures aims to define the amount and distribution of steel rebars (reinforcement) required in the elements to support the project loads. In regions where the stress field is complex ("D Regions"), the Strut and Tie Method is used to design the concrete elements. One of the difficulties in the application of the method is the determination of stress field that the element will possess, since it depends on the element geometry and the amount of reinforcement used. For this reason, on an initial step, elastic analyzes can be used to suggest a probable field of stresses to be used in the definition of the Strut and Tie Model. However, in the ultimate strength, the stress distribution can be affected by non-linear effects like non regular constitutive relations of the materials (concrete and steel), by damage processes that the part will suffer and by the distribution of reinforcements. The objective of this work is to present nonlinear computational analysis of several elements of reinforced concrete, considering the distribution of reinforcement, in order to evaluate its real behavior in the ultimate state, and to compare with the results predicted by the usual methods of design, mainly the Strut and Tie method. In order to reach this objective, the models of reinforced concrete are developed through the software of finite elements ABAQUS, considering Concrete Damage Plasticity. The models constructed on this paper consider the reinforcement distribution, including the constructive ones, trying to evaluate its influence in the field of tensions and its resistant capacity. Several situations are examined, and the results are compared with the conventional design methods or with the Strut and Tie Model. The developed examples confirm that the stress field and the resistance capacity are affected by the reinforcement distribution. In this way, the present work intends to discuss how the Strut and Tie models are affected by non-linear behavior and by the designed enforcements. Keywords: 1. Strut and Tie 2. Finite Element Method 3. Truss Models 4. Reinforced Concrete 5. Non-Linear Analysi