Análise por elementos finitos do comportamento de lajes alveolares protendidas

Abstract

O uso cada vez mais frequente de lajes alveolares protendidas é notado principalmente em construções comerciais e industriais como elemento de piso. Isso é devido à sua rápida execução e à sua capacidade de se adaptar a grandes vãos, graças ao seu peso relativamente baixo e ao consumo reduzido de materiais. No entanto, devido à configuração com vazios longitudinais em sua seção transversal, bem como ao efeito da protensão e à ausência de armadura para combater o cisalhamento, compreender seu comportamento é relativamente complexo. Isso tem impulsionado a necessidade de estudos numéricos e experimentais no meio acadêmico. Neste trabalho, o foco foi contribuir para a pesquisa sobre análises numéricas de lajes alveolares protendidas, por meio do desenvolvimento de dois modelos numéricos tridimensionais em elementos finitos no software ANSYS, versão 2021 R2. Esses modelos foram validados comparando os resultados numéricos com valores experimentais disponíveis na literatura técnica. A composição dos modelos consistiu em uma malha de elementos sólidos hexaédricos para o concreto, com as cordoalhas de aço representadas por armadura incorporada para os testes de flexão, e por armadura discreta combinada a um elemento de combinação para os testes de cisalhamento. Para simular o comportamento do concreto, foram usados dois modelos: o DP-Concrete e um modelo personalizado na interface USERMAT. Além disso, foram empregados dois modelos distintos para o aço: um modelo viscoelástico e um modelo elastoplástico. Os resultados obtidos para as lajes analisadas mostraram uma boa correlação com os resultados experimentais. Os modelos numéricos desenvolvidos foram capazes de captar vários modos de colapso das lajes alveolares, tanto nos testes de flexão quanto nos de cisalhamento.

As a floor element, the increasingly frequent use of prestressed hollow core slabs is notably observed in commercial and industrial constructions. This is due to their swift implementation and ability to adapt to large spans, owing to their relatively low weight and reduced material consumption. However, understanding their behavior is rather complex due to the configuration with longitudinal voids in their cross-section, as well as the effect of prestressing and the absence of reinforcement to combat shear. This has propelled the necessity for numerical and experimental studies within the academic sphere. In this study, the focus was to contribute to research on numerical analyses of prestressed hollow core slabs by developing two three-dimensional numerical models in finite elements within the ANSYS software, version 2021 R2. The comparison of the numerical results with experimental values available in the technical literature validated these models. The composition of the models consisted of a mesh of hexahedral solid elements for concrete, with the steel tendons represented by embedded reinforcement for bending tests and by discrete reinforcement combined with a shear connector for shear tests. Two models, the DP-Concrete and a custom model in the USERMAT interface, were used to simulate the behavior of the concrete. Also, two different models were employed for the steel: a viscoelastic model and an elastoplastic model. The values obtained for the analyzed slabs strongly correlated with the experimental results. The developed numerical models could capture various failure modes of the prestressed hollow core slabs in bending and shear tests.