Modelo ortotrópico em elementos finitos para análise não linear física de problemas bidimensionais

Abstract

A análise estrutural é frequentemente baseada em suposições lineares para projeto simplificado e avaliação prática do comportamento mecânico. No entanto, problemas complexos surgem em estruturas de concreto armado, que exigem análise não-linear e demandam atenção especial. Portanto, este trabalho compreende um estudo do comportamento do modelo ortotrópico em membros de concreto armado e a implementação de algoritmos computacionais eficientes para análise não linear física usando o Método dos Elementos Finitos. O modelo matemático proposto é baseado em elementos triangulares quadráticos com reforço de aço embutido para análise numérica de problemas bidimensionais em concreto simples ou armado. As relações cinemáticas e constitutivas dependem do campo de deformação durante o processo de atualização das propriedades físicas. Estes cálculos fazem uso de um modelo ortotrópico para atualizar a matriz constitutiva, desacoplada através de um modelo multilinear de tensão-deformação do material. Além disso, este modelo está associado à abertura de fissura distribuída por elemento para simular o comportamento mecânico da resistência à tração do concreto na região pós-pico. Esses cálculos são computacionalmente intensivos. Assim, justifica-se o uso de uma linguagem de programação de alto desempenho, bem como o uso de matrizes explícitas de elementos finitos e estratégias computacionais para melhorar a eficiência do código. A validação do modelo numérico foi feita por comparações usando dados experimentais como referência. Os resultados numéricos estão em excelente concordância com testes experimentais. Finalmente, conclui-se que, em uma aproximação a nível de projeto, o modelo proposto pode simular adequadamente o comportamento mecânico não-linear de estruturas de concreto armado bidimensionais.