Numerical analysis of torsional tangent rigidity of reinforced concrete waffle slab

Abstract

ResumoThis research work deals with the analysis of torsional tangent rigidity of reinforced concrete waffle slabs by comparisons of the numerical analysis with results of experimental tests, with calculations performed using the ATENA program. This program was specially developed for the calculation of reinforced concrete structures, considering the physical and geometric nonlinear analysis using the finite element method. Numerical analysis considered the tensile strength of the concrete and consequently the fracture energy. Numerical situations were tested to obtain the calibration of the numerical analysis with the laboratory tests. After the calibrations, the results were extrapolated to extreme situations to infer tangent torsion rigidity in new situations. It is concluded that, for waffle slabs, near the rupture, the torsional tangent rigidity should be 5% of the torsional tangent rigidity to the initial torsion. In service, considering one third of the total breaking load, the torsional tangent rigidity should be 85% of the torsional tangent rigidity to the initial twist. This great torsional tangent rigidity in service is another parameter that guarantees the structural efficiency of the waffle slabs and can be used in the most diverse applications of structural engineering.Keywords: reinforced concrete waffle slab, torsional tangent rigidity, numerical analysis.Este trabalho de investigação científica aborda a análise da rigidez tangente à torção de lajes nervuradas de concreto armado por meio de comparações da análise numérica com resultados de ensaios experimentais, cujo cálculo foi feito no programa ATENA. Tal programa foi desenvolvido especialmente para cálculo de estruturas de concreto armado considerando de forma ampla a análise não linear física e geométrica com uso do método dos elementos finitos. As analises numéricas levaram em consideração a resistência à tração do concreto e consequentemente a energia de fratura. Diversas situações numéricas foram testadas para se obter a calibragem da análise numérica com os ensaios de laboratório. Após as calibragens, os resultados foram extrapolados para as situações extremas para se inferir sobre a rigidez tangente à torção em novas situações. Conclui-se que, para lajes nervuradas, nas proximidades da ruptura, a rigidez tangente à torção deve ser 5% da rigidez tangente à torção inicial. Em serviço, considerando um terço da carga total de ruptura, a rigidez tangente à torção deve ser 85% da rigidez tangente à torção inicial. Essa grande rigidez tangente à torção em serviço é mais um parâmetro que garante a eficiência estrutural das lajes nervuradas, podendo ser usadas nas mais diversas aplicações arrojadas de engenharia estrutural.Palavras-chave: laje nervurada de concreto armado, rigidez tangente à torção, análise numérica.