Simulación numérica inelástica de pórticos de concreto simple y reforzado, mediante el método de los elementos finitos y el método del empuje lateral

Abstract

Tradicionalmente cuando se quiere conocer el comportamiento inelástico de una estructura en concreto reforzado, se hace uso del método del empuje lateral o plastificación progresiva, ya que por su sencillez de aplicación es ampliamente utilizado en problemas con elementos tipo barra y que tiene como objetivo principal dar a conocer la capacidad de la estructura en términos de desplazamientos versus la carga horizontal aplicada. En este tipo de análisis, se debe conocer el comportamiento de los elementos en todo su rango de trabajo (elástico e inelástico), el cual es definido a partir de las relaciones momento-curvatura que dependen del acero de refuerzo suministrado en cada sección de concreto. A través de la modelación mediante el método de los elementos finitos, algunos autores han logrado simular la respuesta en pórticos de concreto reforzado. En este trabajo se realiza la modelación numérica de pórticos sometidos a cargas horizontales, mediante el método tradicional del empuje lateral y a través del método de los elementos finitos. Los modelos desarrollados mediante los programas comerciales Sap2000 y Ansys, han sido aplicados en dos pórticos tipo, que han sido tomados de un diseño estructural real, en los cuales se analiza el efecto de la fisuración, la fluencia del acero y el confinamiento dado por los estribos, en la respuesta estructural de estos bajo un régimen de carga horizontal. Las curvas de capacidad obtenidas mediante el método de los elementos finitos, han sido comparadas con las obtenidas al aplicar el método del empuje lateral en los mismos pórticos, discutiendo las diferencias encontradas al aplicar ambas metodologías. Diferencias fueron encontradas al comparar las curvas de capacidad obtenidas en los pórticos estudiados, al aplicar los dos métodos expuestos en este trabajo. El rango lineal y elástico está claramente definido para ambas metodologías, aunque a partir de esta zona se evidencian las diferencias de los métodos y más aún en el rango inelástico. Por último se presentan las conclusiones y recomendaciones para investigaciones futuras en pórticos de concreto reforzado, dando énfasis a la solución de errores por parte de la no convergencia de los modelos numéricosAbstract. Traditionally when you want to know the inelastic behavior of a reinforced concrete structure, using the method of lateral thrust or progressive plastification, because its simplicity of application is widely used in problems with type bar elements and whose main objective is to provide to know the capability of the structure in terms of displacement versus the applied load horizontally. In this type of analysis, you must know the behavior of the elements in all their range (elastic and inelastic), which is defined from the moment-curvature relationships depend reinforcing steel supplied in each section of concrete. Through modeling using the finite element method, some authors have managed to simulate the response of reinforced concrete frames. This paper presents the numerical modeling of frames under horizontal loads, using the traditional method of lateral thrust and through the finite element method is performed. Models developed using the commercial software Sap2000 and Ansys have been applied on two type frames, which are taken from an actual structural design, in which the effect of cracking is analyzed, the yielding of the steel and confinement given by stirrups in the structural response of these under a regime of horizontal loads. The capacity curves obtained by the finite element method have been compared with those obtained by applying the method of lateral thrust in the same frames and the differences in applying both methodologies are discussed. Differences were found when comparing the capacity curves obtained in the frames studied by applying the two methods discussed in this paper. The linear elastic range is clearly defined for both methods, although this area from the differences of the methods are demonstrated and further into the inelastic range. Finally the conclusions and recommendations for future research in reinforced concrete frames are presented, emphasizing the solution errors by the non-convergence of the numerical models.Maestrí