Numerical analysis of waffle slabs in flexure considering the effects of concrete cracking
Waffle slab structures simulated by computational model are generally analyzed by simplified methods, for both the section geometry (converting into solid slabs or grids) and for the material mechanical properties (linear elastic regime). Results obtained by those studies show large differences when...
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| Published in: | Revista IBRACON de estruturas e materiais Vol. 8; no. 2; pp. 225 - 247 |
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| Main Authors: | , , , |
| Format: | Journal Article |
| Language: | English |
| Published: |
IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto
01-04-2015
Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON) |
| Subjects: | |
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| Summary: | Waffle slab structures simulated by computational model are generally analyzed by simplified methods, for both the section geometry (converting into solid slabs or grids) and for the material mechanical properties (linear elastic regime). Results obtained by those studies show large differences when compared with test results, even at low loading levels. This is mainly due to lack of consideration of the eccentricity between the axis of the ribs and the cover, as well as the simplification of the mechanical behavior of concrete tensile strength. The so called more realistic numerical models do consider the effect of the eccentricity between the axis of the cover and ribs. One may also introduce physical nonlinearity of reinforced concrete in these models, obtaining results closer to tests. The objective of this work is to establish a numerical model for the typical section of waffle slabs given the recommendationslisted above. Such model considers the eccentricity between the axis of the ribs and the cover, the physical nonlinearity of concrete in compression and the concrete contribution between cracks (tension stiffening) through a smeared crack model. The finite element program SAP2000 version 16 is used for the non-linear analysis. The area element discretization uses the Shell Layered element along the thickness of layers, allowing for the heterogeneous material behavior of the reinforced concrete. The numerical model was validated comparing results with tests in slabs and, eventually, used to evaluate some waffle slabs subjected to excessive loading.
As estruturas de lajes nervuradas simuladas por modelo computacional geralmente são analisadas por metodologias simplificadas, tanto para a geometria da seção (convertendo em lajes maciças ou grelhas) como para as propriedades mecânicas dos materiais (regime elástico-linear). Os resultados obtidos por estes estudos teóricos apresentam grandes diferenças quando comparados com os valores dos ensaios experimentais, mesmo para baixos níveis de carregamento. Isto se deve principalmente pela não consideração da excentricidade entre os eixos da nervura e da capa como também a simplificação do comportamento mecânico do concreto à tração. Modelos numéricos chamados realísticos consideram o efeito da excentricidade entre os eixos da capa e da nervura da seção transversal. Pode-se, ainda, introduzir a não-linearidade física do concreto armado nestes modelos, obtendo resultados próximos do experimental. O objetivo deste trabalho é estabelecer um modelo numérico para a seção típica de laje nervurada que leve em consideração a excentricidade entre os eixos da capa e da nervura, a não-linearidade física do concreto em compressão e a colaboração do concreto tracionado entre fissuras, através de um modelo de fissuração distribuída. Utilizou-se o programa computacional de elementos finitos SAP2000 versão 16 para as análises não-lineares. O elemento de área denominado Shell Layered permite considerar a heterogeneidade do concreto armado por discretização ao longo da espessura em camadas. O modelo numérico foi validado a partir de análises de lajes ensaiadas experimentalmente, comparando os resultados numéricos com os dos ensaios. Também, este modelo foi utilizado para avaliar o comportamento pós-fissuração de algumas lajes nervuradas submetidas a carregamentos excessivos. |
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| ISSN: | 1983-4195 1983-4195 |
| DOI: | 10.1590/S1983-41952015000200009 |