Numerical study of the semi rigid behavior of a precast beam-column connection with steel fibers concrete in corbels and in the dapped-end beam

O uso de elementos de concreto pré-moldado impulsionou a industrialização da construção civil. No entanto, esta prática trouxe descontinuidades de esforços entre os elementos que compõem as edificações. Com isto, estudos relativos a tipos de ligação se tornaram frequentes em numerosos centros de pesquisa, com o objetivo de melhorar a continuidade entre os elementos estruturais, aumentando a rigidez e capacidade das ligações. Desta forma, este projeto aborda um estudo numérico do comportamento de uma ligação viga-pilar, parcialmente pré-moldada, com chumbadores de aço grauteados e barras de aço negativas para resistir ao momento fletor positivo e negativo, respectivamente. Esta estrutura se assemelha com a ligação de Tipologia 1 da NBR 9062 (ABNT, 2017), diferenciando-se no uso de concreto com fibras de aço nos consolos e nos dentes da viga. Primeiramente, para o presente estudo foi desenvolvido um modelo numérico com o auxílio do programa DIANA®, o qual é baseado no método dos elementos finitos (MEF), validando-o por meio dos resultados experimentais de pesquisa anterior como as curvas momento versus rotação, o padrão de fissuração e os modos de falha. Então, investigou-se diferentes parâmetros como a substituição do concreto com fibras de aço para concreto convencional, os diâmetros e posições dos chumbadores e a taxa das barras negativas. No estudo paramétrico foi simulado nove modelos no total. Substituindo o concreto com fibras de aço para o convencional não provocou diferenças significativas no comportamento da ligação. Aumentando a distância entre os chumbadores duplos, consequentemente diminuindo o efeito de grupo e aumentando o de borda, elevou-se a rigidez e a capacidade da ligação sob momentos positivos. Como esperado, o aumento nos diâmetros dos chumbadores elevaram a rigidez e a capacidade da ligação. Para todos os modelos solicitados por momento fletor positivo, o modo de falha com a plastificação do chumbador e o esmagamento do concreto não se modificou com nenhuma variação paramétrica. Como demonstrado em trabalhos anteriores, há um aumento na rigidez e na capacidade da ligação sob momentos negativos quando se aumenta a taxa das barras negativas. O modo de falha considerando a plastificação do aço para todos os modelos sob momento negativo não se alterou. Na sequência, um estudo teórico foi executado nos modelos com as variações da taxa de barras negativas. Todos os modelos foram classificados como ligações semirrígidas de acordo com o coeficiente (αR). Conclusões mostram que a formulação da NBR 9062 (ABNT, 2017) para prever a rigidez secante não é adequada para a ligação em estudo, quando comparada com a rigidez numérica. Isto é esperado devido às diferenças entre as ligações estudadas e a ligação de Tipologia 1.The use of precast concrete elements carried the industrialization of civil construction. However, this practice brought discontinuities of efforts between elements composing the buildings. Therefore, research concerning the study of types of connections became frequent in numerous research centers, aiming to improve the continuity between structural elements by increasing their stiffness and the connection capacity. Therefore, this project approaches a numeric study of the behavior of a beam-column connection with partially precast concrete with grouted steel dowels and negative steel bars to resist the positive and negative bending moments, respectively. This structure resembles the connection described in Typology 1 from NBR 9062 (ABNT, 2017), differentiating in the use of concrete with steel fibers in corbels and dapped end. Firstly, this study developed a numeric model employing software DIANA® based on finite element analysis (FEA), validating it through experiment testing results of previous research as curves of bending moment versus rotation, crack patterns, and failure modes. Then, it investigated different strategic parameters such as substituting concrete with steel fibers for conventional concrete, diameters and the position of dowels, and negative steel bars ratio. The parametric study simulated nine models. Replacing traditional concrete with concrete with steel fibers did not cause relevant differences in the connection behavior. Increasing the distance between the double dowels, which decreased the group effect and increased the edge effect, raised the stiffness and capacity of connection under positive moments. As expected, the increase in dowel diameters elevated the stiffness and the connection capacity. For all models under positive bending moments, the failure mode with dowel yielding and concrete crushing did not vary with any parameter variation. As demonstrated in previous works, there is an increase in both the stiffness and the connection capacity under negative moments when the negative steel bars ratio increases. The failure mode considering steel yielding for all models under negative moments did not change. A theoretical study was performed after the parametric study on the models with a rate of negative steel bars variations. All these models were classifieds as semi-rigid connections according to the coefficient (αR). Conclusions show that the NBR 9062 (ABNT, 2017) formulation to predict the stiffness of this connection is not accurate when comparing it with the numeric stiffness. This is expected due to differences between the studied connections and the Typology 1 connection