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http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38805| Título: | Análise numérica do comportamento estrutural de vigas em concreto de ultra-alto desempenho com aberturas na alma pelo modelo concrete damaged plasticity |
| Título(s) alternativo(s): | Numerical analysis of the structural behavior of ultra-high-performance concrete beams with web openings using the concrete damaged plasticity model |
| Autor(es): | Agnol, Felipe Dall |
| Orientador(es): | Gidrão, Gustavo de Miranda Saleme |
| Palavras-chave: | Vigas de concreto Análise estrutural (Engenharia) Análise numérica Concrete beams Structural analysis (Engineering) Numerical analysis |
| Data do documento: | 29-Set-2025 |
| Editor: | Universidade Tecnológica Federal do Paraná |
| Câmpus: | Pato Branco |
| Citação: | AGNOL, Felipe Dall. Análise numérica do comportamento estrutural de vigas em concreto de ultra-alto desempenho com aberturas na alma pelo modelo concrete damaged plasticity. 2025. Dissertação (Mestrado em Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Pato Branco, 2025. |
| Resumo: | A execução de aberturas em vigas de concreto armado é prática recorrente em projetos estruturais, porém altera o fluxo de tensões e pode comprometer o desempenho global do elemento. Diante da crescente utilização de concretos de ultra-alto desempenho, este trabalho teve como objetivo analisar numericamente, por meio do Método dos Elementos Finitos (MEF) e do modelo constitutivo Concrete Damage Plasticity (CDP), implementado no software ABAQUS, o comportamento estrutural de vigas de concreto com aberturas na alma, considerando concretos convencionais e de ultra-alto desempenho reforçados com fibras (UHPFRC). O modelo numérico foi calibrado com base em resultados experimentais da literatura e posteriormente extrapolado para o UHPFRC, com ajustes nas propriedades constitutivas e nos parâmetros do CDP, de modo a representar adequadamente o comportamento não linear do material. Foi conduzido um estudo paramétrico abrangente, variando a posição da abertura (sem, no apoio e no meio do vão) e a presença de estribos, a fim de compreender os mecanismos de redistribuição de tensões e a influência da geometria e da armadura transversal sobre o desempenho global das vigas. Os resultados indicaram que as vigas em UHPFRC apresentaram resistência última cerca de 1,8 vezes a do concreto convencional e tenacidade aproximadamente 3 vezes a do concreto convencional, além de melhor capacidade de redistribuição de esforços e de dissipação de energia. Observou-se que o modelo numérico reproduziu de forma coerente os modos de ruptura e as regiões críticas de concentração de tensões, confirmando a aplicabilidade do CDP na análise de materiais frágeis e semifrágeis. Conclui-se que o UHPFRC proporciona desempenho estrutural significativamente superior frente às descontinuidades geradas por aberturas, conferindo maior rigidez, ductilidade e segurança global ao sistema. O caso mais crítico foi verificado para as vigas com aberturas próximas ao apoio, que apresentaram maiores reduções de resistência e rigidez, evidenciando a necessidade de especial atenção a essa configuração em projetos estruturais. O estudo contribui com uma metodologia de modelagem robusta e replicável, capaz de subsidiar futuras calibrações experimentais e o desenvolvimento de prescrições normativas voltadas ao dimensionamento de elementos em concretos de ultra-alto desempenho. |
| Abstract: | The execution of openings in reinforced concrete beams is a common practice in structural design; however, it alters the stress flow and can compromise the overall performance of the element. Considering the growing use of ultra-high-performance concretes, this study aimed to numerically analyze, through the Finite Element Method (FEM) and the Concrete Damage Plasticity (CDP) constitutive model implemented in ABAQUS, the structural behavior of concrete beams with web openings, comparing conventional concrete and Ultra-High-Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC). The numerical model was calibrated using experimental results from the literature and subsequently extended to UHPFRC, with adjustments to constitutive properties and CDP parameters in order to properly represent the nonlinear behavior of the material. A comprehensive parametric study was conducted, varying the opening position (none, near the support, and at mid-span) and the presence of stirrups, to understand stress redistribution mechanisms and the influence of geometry and transverse reinforcement on the overall beam performance. The results showed that UHPFRC beams reached ultimate strength about 1.8 times that of conventional concrete and toughness approximately three times that of conventional concrete, as well as a better capacity for stress redistribution and energy dissipation. The numerical model accurately reproduced the failure modes and critical stress concentration zones, confirming the applicability of the CDP model in the analysis of brittle and semi-brittle materials. It is concluded that UHPFRC provides significantly superior structural performance when subjected to discontinuities caused by openings, ensuring greater stiffness, ductility, and overall safety of the system. The most critical case occurred in beams with openings near the support, which exhibited the greatest reductions in strength and stiffness, highlighting the need for special attention to this configuration in structural design. The study contributes a robust and replicable modeling methodology that can support future experimental calibrations and the development of normative guidelines for the design of structural elements made of ultra-high-performance concrete. |
| URI: | http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/38805 |
| Aparece nas coleções: | PB - Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil |
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