Análise numérica de vigas de concreto protendido usando elementos coesivos e elementos de barra de nós não compatíveis

Abstract

Esta pesquisa apresenta uma abordagem numérica para simular vigas de concreto protendido com e sem aderência. As análises numéricas são realizadas a partir da combinação dos elementos coesivos, na modelagem do concreto, e elementos de barra com nós não compatíveis (elementos cujos nós não coincidem com os nós dos elementos sólidos). Os elementos coesivos são aplicados na simulação da fratura do concreto, juntamente com um modelo constitutivo baseado na teoria da plasticidade e na mecânica da fratura permitindo a previsão do desenvolvimento e propagação de fissuras. As armaduras são simuladas utilizando elementos de barra quadráticos de nós não compatíveis, podendo ser aplicadas condições de contorno nas barras sem depender da posição dos nós dos elementos sólidos. Durante a geração de malha são também gerados elementos de interface que, por sua vez, conectam os elementos sólidos (concreto) aos elementos de barra possibilitando prever os deslocamentos relativos entre as barras e o concreto. Neste contexto, a metodologia proposta contempla a simulação de vigas protendidas utilizando dois estágios. O primeiro relacionado com a protensão do cabo, sua fixação nos extremos e a identificação das forças de reação equivalentes nos nós dos sólidos. Já o segundo estágio está relacionado à aplicação do carregamento externo. Nas simulações, foram analisadas três vigas sem protensão e três vigas com protensão cujos resultados experimentais foram previamente publicados. Os resultados obtidos das análises numéricas validaram a aplicação da metodologia proposta. Em todos os casos simulados, as curvas numéricas de carga-deflexão apresentam boa concordância com os experimentos. Por fim, os padrões de fissuras numéricos apresentaram também boa compatibilidade com os modos de ruptura das vigas.