Análise do comportamento dinâmico não linear de vigas de pontes de concreto armado com seção e distribuição de armaduras variáveis através da interação entre veículo e ponte da mecânica do dano

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Imai, Ana Paula
Data de Publicação: 2018
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Institucional da UFPR
Texto Completo: https://hdl.handle.net/1884/64690
Resumo: Orientador: Prof. Roberto Dalledone Machado, D.Eng., M.Sc.
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spelling Universidade Federal do Paraná. Setor de Tecnologia. Programa de Pós-Graduação em Engenharia CivilMachado, Roberto Dalledone, 1957-Imai, Ana Paula2025-01-21T20:55:59Z2025-01-21T20:55:59Z2018https://hdl.handle.net/1884/64690Orientador: Prof. Roberto Dalledone Machado, D.Eng., M.Sc.Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de tecnologia, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Construção Civil. Defesa : Curitiba, 12/11/2018Inclui referências: p. 242-249Resumo: O concreto armado é amplamente utilizado em diversos tipos de construção devido à eficaz combinação entre as propriedades mecânicas dos materiais, uma vez que o concreto tem adequada resistência à compressão e o aço à tração. O concreto, no entanto, apresenta uma relação não linear entre tensão e deformação, decorrente, entre outros fenômenos, do surgimento de fissuras. Esta fissuração é considerada, de modo simplificado, durante o desenvolvimento de projetos. Porém, quando esta ocorre de forma excessiva, pode comprometer a aderência entre o concreto e o aço, além de amplificar os deslocamentos além do previsto, gerando efeitos que podem comprometer a integridade e o desempenho da estrutura. Considerando o caso de pontes rodoviárias e ferroviárias, os carregamentos dinâmicos originários da passagem de veículos podem amplificar os processos de fissuração do concreto e de plastificação do aço. Contudo, as normas relativas ao projeto de pontes desconsideram os efeitos dinâmicos da estrutura, prescrevendo uma majoração dos carregamentos estáticos de modo a compensar esta simplificação. Além disso, as normas sugerem a consideração de um comportamento elástico linear dos materiais na análise estrutural. A consideração da Mecânica do Dano e da plasticidade nas armaduras de aço aumenta a complexidade do modelo, transformando-o em um problema dinâmico não linear e, assim, modificando as respostas da estrutura. Em pontes, é recorrente a adoção de vigas com seções transversais que favoreçam a resistência do concreto à compressão, assumindo geometrias como I e T. Além disso, usualmente, a distribuição de armaduras nas vigas se dá de forma variável ao longo de seu comprimento. Estas considerações, portanto, contribuem para a análise de modelos mais realistas. As pontes são modeladas por meio do Método dos Elementos Finitos não linear, por elementos finitos de viga de Euler-Bernoulli. A danificação ao longo do tempo é representada pela perda de rigidez da estrutura pela Mecânica do Dano. É adotado, para o concreto, um modelo constitutivo de dano baseado no modelo de Mazars, adaptado de tal forma que é possível considerar a inversão de esforços mecânicos devido à vibração. Emprega-se um modelo elastoplástico bilinear com encruamento para as armaduras. Utiliza-se o método de integração temporal proposto por Newmark em conjunto com o método iterativo de Newton-Raphson para solucionar as equações. O amortecimento estrutural é considerado através do método de Rayleigh, com atualizações dos coeficientes. A partir das contribuições deste trabalho, foram desenvolvidas rotinas computacionais ao núcleo do programa ABXDNL 2.9 de modo a aprimorar o modelo para análises dinâmicas não lineares de pontes mais realistas. Assim, este trabalho avaliou as respostas dinâmicas não lineares de pontes de concreto armado, por meio de sua interação dinâmica com modelos veiculares, em que a consideração de geometrias de seções transversais variadas e a distribuição não uniforme de armadura afetam a evolução da danificaçãoAbstract: Reinforced concrete is widely used in various sorts of constructions due to the effective combination between its material's mechanical properties, since the concrete has suitable compressive strength and the steel has high tensile one. The concrete, however, presents a nonlinear relation between tension and strain due, among other phenomena, to the beginning of the cracking process. This cracking is regarded, in a simplified way, during the project development. Nevertheless, when it occurs in an excessive amount, the adhesions between concrete and reinforcement can be impaired, also the displacement can be amplified beyond the expected, creating effects that can compromise the structure's health and performance. For highway and railway bridges' cases, the dynamic loads generated from the passage of vehicles on it can amplify the loss of integrity of the concrete and the strain hardening of the reinforcement. However, the normative codes for bridge's design allow neglecting the structure's dynamic effects, prescribing an increase to the static load to compensate this simplification. Besides that, the codes suggest a linear elastic behaviour for the materials in the structural analysis. Nevertheless, this method doesn't consider the process of damaging and plastification of the concrete and the steel, respectively, neither the dynamic behaviour of the system. The consideration of the Damage Mechanics on the concrete and plasticity on the steel bars enhance the model complexity, transforming it in a nonlinear and dynamic problem, modifying the structural responses. Often, in bridges, beams with cross-section that utilize the concrete's compression strength are adopted, assuming geometries such as I and T. Besides that, usually, the reinforcement distribution occurs in a variable manner through its length. These considerations, therefore, contribute to the analysis of realistic models. The bridges are modelled with the nonlinear finite elements method, with Euler-Bernoulli's beam finite elements. The damage evolution through time is represented by the structure's stiffness loss due to Damage Mechanics. A damage constitutive model, based on Mazars' model, is adopted for the concrete, adapted in order to consider the stresses' inversion due to vibration. A bilinear elastoplastic with hardening model is employed for the reinforcement. In order to solve the equations, is used the Newmark's temporal integration method together with Newton-Raphson's iterative method. The structural damping is considered through Rayleigh's method, with updated coefficients. From this work's contributions, computational routines were added to the ABXDNL 2.9 core, in order to improve the model to nonlinear dynamic analysis of realistic bridges. Therefore, this work evaluated the nonlinear dynamic responses of reinforced concrete bridges, through its dynamic interaction with vehicular models wherein the diverse cross-section geometries and a not uniform reinforcement distribution affect the damage evolution.1 recurso online : PDF.application/pdfVigas de concretoDinamica estruturalMetodos dos elementos finitosEngenharia CivilMecanica do dano continuoAnálise do comportamento dinâmico não linear de vigas de pontes de concreto armado com seção e distribuição de armaduras variáveis através da interação entre veículo e ponte da mecânica do danoinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisporreponame:Repositório Institucional da UFPRinstname:Universidade Federal do Paraná (UFPR)instacron:UFPRinfo:eu-repo/semantics/openAccessORIGINALR - D - ANA PAULA IMAI.pdfapplication/pdf51679989https://acervodigital.ufpr.br/bitstream/1884/64690/1/R%20-%20D%20-%20ANA%20PAULA%20IMAI.pdf3fcfc8ed4454bb9d1a07a41e77e2d5a8MD51open access1884/646902025-01-21 17:56:00.015open accessoai:acervodigital.ufpr.br:1884/64690Repositório InstitucionalPUBhttp://acervodigital.ufpr.br/oai/requestinformacaodigital@ufpr.bropendoar:3082025-01-21T20:56Repositório Institucional da UFPR - Universidade Federal do Paraná (UFPR)false
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