Use of embedded reinforcement FE elements in customized ANSYS for analysis of reinforced concrete beams

Abstract

Este trabalho versa sobre o desenvolvimento de um modelo computacional, através do método dos elementos finitos, para análise não linear de estruturas em concreto armado sob estados planos de tensão com a utilização de armadura incorporada no ANSYS. O objetivo deste trabalho foi implementar dois procedimentos distintos no modelo computacional, baseados em um modelo elasto-viscoplástico. No primeiro, a resposta da estrutura é dada para um carregamento instantâneo, considerando o material com um comportamento elastoplástico. No segundo, a resposta da estrutura é dada ao longo do tempo, considerando, neste caso, que o material possui um comportamento viscoelástico. Para a representação do modelo constitutivo do concreto e da armadura, utilizou-se a ferramenta de customização UPF (User Programmable Features) do ANSYS, onde foram adicionadas ao programa principal as novas sub-rotinas desenvolvidas em linguagem FORTRAN. A grande vantagem da implementação deste modelo foi a possibilidade da utilização de elementos bidimensionais quadráticos de 8 nós e 2 graus de liberdade por nó (PLANE183) com armadura incorporada (REINF263), de modo a reduzir o esforço computacional e tornar a solução do problema muito mais rápida e eficaz. A fim de validar as sub-rotinas implementadas através da interface com o programa principal, foram simuladas as vigas de concreto armado, ensaiadas por Bresler e Scordelis (1963), que abrangem uma grande variedade de comportamentos, incluindo situações de falhas por flexão e corte. A comparação entre análises numéricas e experimentais mostraram resultados bastante satisfatórios.This work presents the development of a computational model, based on the finite element method, through the ANSYS platform, for the study of reinforced concrete structures, under plane stress states. The ultimate goal of this work is to implement two different procedures in the computational model that arebased on an elasto-viscoplastic model. In the first procedure, the response of the structure is given for an instantaneous loading, considering the material with an elastoplastic behavior. In the second one, the response is given over time, considering the material as having a viscoelastic behavior. The representation of the constitutive equations of concrete and steelis carried out througha new model with the help of the customization tool UPF (User Programmable Features) of ANSYS, where new subroutines were added to the main program in FORTRAN language. The implementation of this new model enabled the use of two-dimensional eight-node quadratic elements (PLANE183) with embedded reinforcement elements(REINF263), making the solution of the problem faster and more effective. In order to validate the subroutines added to the system, the reinforced concrete beamstested by Bresler and Scordelis (1963), which cover a wide variety of structural behaviors, were modeled andanalyzed withthe procedures proposed.The comparison between experimental and numerical analysis showed a good adherence between results