Calibração de um modelo numérico de uma ligação viga-pilar ... ?· deve-se imenso à...

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Junho de 2016

Csar Arcizet CamposLicenciado em Cincias de Engenharia Civil

Calibrao de um modelonumrico de uma ligao

viga-pilarem beto prefabricado

Dissertao para obteno do Grau de Mestreem Engenharia Civil - Perfil de Estruturas

Orientadora: Doutora Zuzana Dimitrovov,

Professora Auxiliar, FCT/UNL

Jri:

Presidente: Professor Doutor Joo Carlos Gomes Rocha de AlmeidaArguente: Professor Doutor Vlter Jos da Guia Lcio

Vogal: Professora Doutora Zuzana Dimitrovov

Copyright Csar Arcizet Campos, FCT/UNL e UNL

A Faculdade de Cincias e Tecnologia e a Universidade Nova de Lisboa tm odireito, perptuo e sem limites geogrficos, de arquivar e publicar esta dissertaoatravs de exemplares impressos reproduzidos em papel ou de forma digital, oupor qualquer outro meio conhecido ou que venha a ser inventado, e de a divulgaratravs de repositrios cientficos e de admitir a sua cpia e distribuio comobjectivos educacionais ou de investigao, no comerciais, desde que seja dadocrdito ao autor e editor.

Dissertao redigida conforme o Acordo Ortogrfico de 1945, aprovado peloDecreto n. 35.228, de 8 de Dezembro.

Agradecimentos

Em primeiro lugar, aproveito para exprimir agradecimentos Professora ZuzanaDimitrovov, pela orientao e pacincia durante o trabalho efectuado para estadissertao. Foi um percurso feito em que no estive sozinho.

Em seguida, agradeo faculdade pelo apoio prestado numa situao delicada daminha vida, nomeadamente ao Prof. Doutor Fernando Santana, ao Prof. DoutorJorge Lampreia, Doutora Isabel Sequeira Pinto, ao Prof. Doutor RodrigoGonalves, ao Prof. Doutor Rui Micaelo, ao Prof. Doutor Antnio Pinho Ramose ao Prof. Doutor Joo Rocha de Almeida.

Tambm agradeo aos professores que tive nesta faculdade, dado que cada umdeles contribuiu para a minha formao acadmica. Um obrigado especial aoProfessor Lus Neves, pelo aconselhamento e apoio. Estendo este agradecimentoa todo o staff do Departamento de Engenharia Civil, sobretudo Carla e Luz,pela simpatia constante que sempre me presentearam, e ao Hugo Fernandes, peloapoio e disponibilidade.

Agradeo infinitamente Dra. Jlia Murta, pelo acompanhamento e apoio nosbons e maus momentos. Esta dissertao reflecte a afeio e a confiana danossa relao.

Expresso o meu sincero obrigado Biblioteca FCT UNL, que contribuiuextraordinariamente neste longo percurso da minha vida. A concluso deste cursodeve-se imenso confiana que a Doutora Ana Alves Pereira me depositou. Muitoobrigado s colegas e amigas de trabalho, sobretudo Rosrio, Ana Roxo, Slvia,Fernanda e Dona Conceio, pelo apoio e pela amizade.

Estou grato minha me e aos meus irmos, dedico-lhes uma parte significativadeste trabalho. A outra parte, ofereo em devoo aos meus tios, Ermelinda e T,e minha prima-irm Isabel. Sem eles no teria havido a possibilidade de terminareste curso. Agradeo restante famlia pela preocupao e interesse, em especial minha prima Cristina.

Aos meus amigos extra-faculdade, principalmente ao Charlie, revisor e confidente,camarada da boa e m-vida, mas tambm aos companheiros Tiago, Lus, Ana,Maria e Ricardo, que se mostraram sempre interessados nesta recta final.Muitssimo agradecido a todos.

Aos meus imensos colegas e amigos da faculdade. Aos que participaram numafase mais longnqua da minha vida acadmica, mas principalmente aos quetiveram presentes nesta fase mais recente, nomeadamente o Hugo Rebelo (quefoi parte activa no desenvolver desta dissertao), o Rodrigo (pela perpetuidadeda sua presena), os manos Guerra e Patrcio (pelo gargalhadear constante),o Cordeiro, o Andr Francisco, minha maninha Laura e tropa do LCDEC.Agradeo infinitude de colegas que contriburam com divertimento e boadisposio. Um especial agradecimento RdioFCT, porque fez e far parte daminha vida.

Resumo

Dadas as diferentes vantagens dos elementos prefabricados em estruturas debeto armado, relativamente s solues mais tradicionais, e visto que h aindadificuldades em compreender as caractersticas necessrias s ligaes quecumpram com a continuidade estrutural exigida, o estudo deste tipo de ligaescontribui para o futuro da construo, que se quer sustentvel, rpida e segura.

A presente dissertao diz respeito calibrao do modelo numrico de umaligao viga-pilar de beto prefabricado, com continuidade de armaduras, sujeitaa um carregamento cclico. A mesma calibrao foi feita a partir dos ensaiosexperimentais anteriormente realizados, para simular o comportamento mecnicoda ligao viga-pilar sob um carregamento cclico, atravs do software ATENA 2D.

Neste trabalho, apresentado um resumo de trabalhos de investigao anteriores,experimentais e numricos, que serviram de apoio e fundamento para o modelonumrico estudado nesta dissertao. So igualmente apresentadas as basestericas para a modelao numrica atravs do software ATENA, como o tipo deanlise no-linear e os modelos constitutivos dos materiais utilizados na simulaonumrica.

Para a simulao do ensaio experimental, procedeu-se a uma calibraodas condies de apoio da estrutura, das caractersticas das juntas e docomportamento do beto e do ao. Para conferir os resultados da calibrao domodelo, foi feita uma comparao dos resultados numricos com os resultadosexperimentais, atravs da relao fora-deslocamento e da propagao dasfendas.

Finalmente, feita uma crtica aos resultados numricos conseguidos, a partirda anlise do comportamento da ligao ao longo dos ciclos de carregamentoalternado.

Palavras-chave:

Beto prefabricado, ligao viga-pilar, ensaio cclico, juntas de interface,modelao numrica.

i

Abstract

Given the different advantages of precast elements in reinforced concretestructures, when compared with traditional solutions, and since there are stilldifficulties in understanding the necessary characteristics for the connections tofulfil the required structural continuity, the study of such connections contributes tothe future of construction, which should be sustainable, fast and safe.

The present dissertation concerns the calibration of the numerical model ofa precast reinforced concrete beam-column connection, with rebar continuity,when subjected to cyclic loading. This calibration was based on previouslyperformed experimental tests, in order to simulate the mechanic behaviour of thebeam-column joint/connection under cyclic loading, using ATENA 2D software.

In this work, a summary on previous investigation works, both experimentaland numerical, which served as support for the numerical model studied in thisdissertation, is presented. The theoretical basis for the numerical modelling usingATENA software are also presented, such as the type of non-linear analysis andthe constitutive models of materials used in the numerical simulation.

For the simulation of the experimental test, the support conditions of the structure,the joint characteristics and the concrete and steel behaviour were calibrated. Forthe validation of the calibrated model results, a comparison between the numericaland experimental results was carried out by the force-displacement relation andthe crack propagation.

Finally, a critical review on the numerical results is carried out through the analysisof the connection behaviour under alternated loading cycles.

Keywords:

Precast concrete, beam-column connection, cycling test, interface joint, numericalmodelling

iii

ndice de Matrias

Resumo i

Abstract iii

ndice de Figuras vii

ndice de Tabelas xiii

Lista de siglas e smbolos xv

1 Introduo 11.1 Enquadramento geral . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.2 Objectivos da dissertao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11.3 Organizao da dissertao . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2

2 Prefabricao de beto armado 32.1 Generalidades . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1 Vantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52.1.2 Desvantagens . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6

2.2 Ligaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72.2.1 Tipos de ligaes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

3 Trabalhos de investigao anteriores 173.1 Trabalhos experimentais . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183.2 Trabalhos de modelao numrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28

4 Modelao 354.1 Modelao em software ATENA . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 354.2 Anlise no linear . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

4.2.1 Procedimentos na resoluo de anlises no lineares . . . . 364.3 Modelo constitutivo do beto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 40

4.3.1 Relao da tenso-deformao para o beto . . . . . . . . . 404.3.2 Critrio de rotura biaxial . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 454.3.3 Modelos de fendilhao no beto . . . . . . . . . . . . . . . . 474.3.4 Comportamento do beto aps fendilhao . . . . . . . . . . 484.3.5 Parmetros adaptados do modelo constitutivo SBETA . . . . 48

4.4 Modelo constitutivo para armadura . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 494.4.1 Relao tenso-deformao do ao . . . . . . . . . . . . . . 50

v

vi NDICE DE MATRIAS

4.4.2 Armadura para aco cclica (Cyclic Reinforcement Model) . 504.5 Aderncia armadura-beto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 524.6 reas de contacto . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 53

4.6.1 Interface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 534.7 Molas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54

5 Calibrao em ATENA 2D 575.1 Incremento de deslocamentos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 575.2 Modelo geomtrico . . . . . . . . . . . . . .