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Type: Tese de Doutorado
Title: Uma contribuição para modelagem numérica do concreto com fibras curtas de aço
Authors: Breno Ferreira Grossi
First Advisor: Jose Marcio Fonseca Calixto
First Referee: Sebastiao Salvador Real Pereira
Second Referee: Maria Teresa Paulino Aguilar
Third Referee: Aecio Freitas Lira
metadata.dc.contributor.referee4: Flavio Antonio dos Santos
Abstract: Elementos de concreto submetidos a condições especiais, como elevadas tensões de tração, apresentam um comportamento frágil que deve ser evitado. Nesse contexto, concretos reforçados com fibras curtas de aço (CRFA) têm se mostrado uma solução exeqüível. A adição aleatória de fibras curtas ao concreto conduz a um comportamento pseudodúctil em vista da maior capacidade de absorção de energia proporcionada pelas fibras. Embora numerosos trabalhos experimentais sobre o comportamento do CRFA tenham sido realizados, a produção relacionada à modelagem numérica desse material é bem inferior. Este trabalho visa dar uma contribuição nessa linha de estudo. O objetivo desta tese é apresentar os resultados de uma proposta de modelagem numérica do comportamento de vigas de CRFA, os quais são obtidos a partir de uma análise não-linear pelo Método dos Elementos Finitos. Propõe-se um modelo cuja principal característica é o emprego de um diagrama tensão x deformação trilinear para o comportamento em tração, permitindo-se melhorar a representação do aumento da tenacidade do material oriundo do acréscimo das fibras. Duas vertentes da modelagem são avaliadas sob as bases da lei constitutiva trilinear, sendo os parâmetros dessa lei obtidos a partir das propriedades mecânicas do material. O modelo é incorporado a um código computacional disponível no meio acadêmico e que faz uso do paradigma da Programação Orientada a Objetos. Tal código foi expandido durante esta pesquisa para poder contemplar a implementação do modelo proposto. A validação da proposta de modelagem é feita mediante a simulação numérica de problemas de estado-plano em vigas de CRFA. São avaliados casos de flexão em três e quatro pontos em elementos de CRFA para uma gama de tipos e teores de fibras curtas de aço. Propõe-se uma metodologia para aplicação de uma das vertentes da modelagem. Resultados comparativos satisfatórios em termos da relação carga x deslocamento são alcançados, evidenciando a adequação da modelagem e da metodologia propostas.
Abstract: Concrete elements under certain conditions, such as high tensile stresses, present a brittle behavior which has to be avoided. In this context, steel fiber reinforced concrete (SFRC) proves to be a feasible solution. Random addition of short steel fibers to concrete leads to a pseudoductile behavior through an increase in the energy absorption capacity due to fibers. Although abundant experimental investigations concerned with SRFC have been done so far, less extensive research has dealt with the numerical modeling of SFRC. This work is a contribution to this research area. The objective of this thesis is to present the results of a proposed numerical modeling of SFRC beams behaviour, acquired from a nonlinear finite element analysis. The main characteristic of the proposed model is a trilinear tensile stress-strain diagram, which improves the representation of the toughness increase provided by the steel fibers addition. Two branches of the model are discussed, supported by a trilinear constitutive law whose parameters are obtained from the mechanical properties of the material. The model is incorporated to an academic open-source computational package that employs the object-oriented tool, which was expanded during the implementation of the proposed model. The validation of the proposal is done through numerical simulations of plane-state problems in SFRC beams. Three and four-point bending on SFRC specimens for different types of short steel fibers as well as a range of fiber contents are numerically investigated. One proposes a methodology for application of one of the sources of the model. Good correlation in the load x displacement relationship is achieved, proving the compliance of proposed model and methodology.
Subject: Concreto
Engenharia de estruturas
Método dos elementos finitos
language: Português
Publisher: Universidade Federal de Minas Gerais
Publisher Initials: UFMG
Rights: Acesso Aberto
URI: http://hdl.handle.net/1843/LMCA-769GYD
Issue Date: 27-Dec-2006
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