Modelo de elementos discretos de barras para el análisis no-lineal de estructuras de concreto armado

Abstract

En esta tesis se ha implementado un programa de cómputo basado en un modelo de elementos discretos de barras, para realizar el análisis no-lineal de estructuras de concreto armado. Los modelos convencionales usualmente emplean articulaciones plásticas concentradas en los extremos de elementos, mientras que en la zona intermedia suponen comportamiento elástico-lineal. Los modelos de comportamiento para las secciones donde se concentran las rotaciones inelásticas comúnmente son de tipo elasto-plástico o bilineal; sin embargo, la curva de comportamiento observada en ensayos puede ser algo distinta de los tipos mencionados. El comportamiento esencialmente no-lineal del concreto armado sugiere que las simplificaciones mencionadas influyen en la respuesta de la estructura. El programa desarrollado permite considerar la distribución discreta de la no linealidad del comportamiento del material. Los modelos de comportamiento empleados para elementos de la estructura a nivel de sección, fueron representados mediante diagramas momento-curvatura, para los que se desarrolló expresiones, tipo Ramberg-Osgood, en función de las propiedades más relevantes de las secciones y materiales. Una aplicación práctica del programa fue para estudiar la redistribución de momentos en vigas continuas de concreto armado, debido a que se requiere realizar análisis no lineales para obtener la variación de los momentos en las secciones de las vigas, en el intervalo de comportamiento no lineal. Se verificó analíticamente que es posible una redistribución de 30 %, como lo sugiere el Eurocódigo-2, que es mayor que la máxima redistribución, 20 %, recomendada por las normas NTE.E60 y el ACI 318-19.

In this thesis, a computer program based on a discrete element model of bars was implemented to perform the nonlinear analysis of reinforced concrete structures. Conventional models usually employ plastic hinges concentrated at the ends of elements, while assuming linear-elastic behavior in the intermediate zone. Behavior models for sections where inelastic rotations are concentrated are commonly elasto-plastic or bilinear; however, the behavior curve observed in tests may differ somewhat from these types. The essentially nonlinear behavior of reinforced concrete suggests that the aforementioned simplifications influence the structural response. The developed program allows for the discrete distribution of nonlinearities in material behavior to be considered. The behavior models used for structural elements at the section level were represented by moment-curvature diagrams, for which Ramberg-Osgood-type expressions were developed based on the most relevant section and material properties. A practical application of the program was to study moment redistribution in continuous reinforced concrete beams, since nonlinear analyses are required to obtain the variation of moments at beam sections within the range of nonlinear behavior. It was analytically verified that a 30 % redistribution is possible, as suggested by Eurocode 2, which is greater than the maximum redistribution of 20 % recommended by NTE.E60 and ACI 318-19 standards.