Modelización de elementos lineales de hormigón armado incluyendo el efecto del esfuerzo cortante

Abstract

Resumen I RESUMENLa gran mayoría de estructuras de hormigón armado compuestas por elementos lineales desarrolla esfuerzos combinados que incluyen el esfuerzo cortante. Además, algunos colapsos estructurales han sido debidos a situaciones de acoplamiento de esfuerzos que han llevado a la estructura a un fallo frágil a cortante. Por ello, resulta necesario disponer de modelos de análisis de elementos lineales que incluyan el efecto del esfuerzo cortante correctamente.El análisis y el dimensionamiento de las estructuras de hormigón armado se ha realizado tradicionalmente tratando por separado los esfuerzos aplicados. En la actualidad, existen pocos modelos unidimensionales de análisis no lineal que capten adecuadamente el efecto que produce el esfuerzo cortante. La fisuración diagonal, la transmisión del cortante a través de la armadura transversal o la zona no fisurada, y el fallo final del elemento, son aspectos que un modelo de cortante debe incluir eficazmente.El objetivo general de esta tesis doctoral es el de modelizar el comportamiento resistente de elementos lineales de hormigón armado incluyendo el efecto del esfuerzo cortante. Se presenta un modelo teórico que considera simultáneamente los esfuerzos axil, flector y cortante. Se propone una nueva hipótesis cinemática para el comportamiento seccional que permite estudiar el efecto de acoplamiento entre las tensiones normales y tangenciales. Esta nueva hipótesis recibe el nombre de hipótesis de corrección de cortante, por ser el término dependiente del esfuerzo cortante el que se corrige.La hipótesis de corrección de cortante incluye una función de interpolación general, que configura el denominado modelo general de corrección de cortante. Además, se plantea otra función de interpolación más sencilla. De este modo, y empleando tan solo tres parámetros, se define una función de interpolación que configura el denominado modelo parábola-recta de corrección de cortante. Se implementa este nuevo comportamiento cinemático en un elemento finito 1D y se sigue el método de la rigidez. Resumen IISe hace una incursión en el caso tridimensional y se constata que para algunas combinaciones de esfuerzos se obtienen resultados satisfactorios sin necesidad de recurrir a hipótesis cinemáticas refinadas.La ecuación constitutiva adoptada en el modelo teórico de corrección de cortante está basada en las hipótesis fundamentales del Modified Compression Field Theory.Una vez definido el modelo general de corrección de cortante, se valida empleando estructuras sencillas compuestas de material elástico y lineal, de las cuales se conocen las soluciones teóricas exactas. Además, se valida el modelo utilizando material elastoplástico, de características asimilables al acero.A continuación, se valida experimentalmente el modelo general de corrección de cortante para el caso de elementos lineales de hormigón armado. Se comparan los resultados experimentales con los obtenidos numéricamente. Además, se contrastan los anteriores resultados con los obtenidos a partir de las clásicas teorías ...

A model for the nonlinear, time-dependent and strengthening analysis of shear critical frame concrete structures

“…This approach has been considered by several authors (Petrangeli, Pinto et al 1999;Güner 2008 and Ceresa;Petrini et al 2009) because of its straightforward implementation in a Timoshenko based FE model: the constant distortion of the element is taken as the fixed strain in the cross section. However, this model usually underestimates the vertical strains and, for this reason, predicts lower stresses in the stirrups after the onset of diagonal cracking, as pointed out in (Vecchio and Collins 1988;Bairán and Marí 2007;Navarro 2009;Mohr 2011).…”

“…Moreover, the development of accurate and simple shear models for the everyday design is a priority. As a matter of fact, several models were developed in the recent years with the goal of extending the fibre beam elements to analysis including shear (Navarro 2009;Saritas and Filippou 2009;Ceresa, Petrini et al 2010;), but still without reaching consensus. In fact, fibre beam models can accurately simulate the behaviour of RC frames under combined normal and shear forces, by means of multiaxial constitutive equations and suitable kinematic section assumptions (Bairán and Marí 2007).…”

“…'Bubble functions' were presented as linear shape functions linked to the transversal displacement field, to overcome the shear locking problems of the Timoshenko beam theory. This model was used to simulate the cyclic responses of RC elements Navarro (2009). presented a 1D frame FE model for the analysis of reinforced and prestressed concrete sections under combined loading.…”