Documento | Mestrado |
Área | Estruturas de Concreto e Alvenaria |
Data da defesa | 10/09/2024 |
Autor | SILVA, Marcos Antonio do Rosário da |
Orientador | EL DEBS, Mounir Khalil |
Português | |
Título | Contribuições ao projeto de ligações entre de lajes pré-moldadas de pontes submetidas ao momento fletor utilizando UHPC |
Resumo
O desempenho estrutural de pontes que utilizam lajes pré-moldadas depende em grande parte da capacidade das ligações de concreto moldado no local de transferir esforços entre esses elementos. Essa capacidade está diretamente relacionada às especificações de projeto tal como: geometria, detalhamento de armadura, material de preenchimento e o tratamento da superfície da interface da ligação. A utilização do concreto de altíssimo desempenho (UHPC) como material de preenchimento apresenta grande potencial no uso em ligações devido suas excelentes propriedades mecânicas. No entanto, o número de estudos nacionais sobre o tema é limitado. Este estudo busca apresentar as principais características do uso das ligações entre lajes pré-moldadas preenchidas com UHPC e propor recomendações de projeto para a implementação na prática profissional. Para este fim, foram analisadas especificações de projeto de ligação a partir de ensaios experimentais da literatura. Também foi estudado modelos analíticos de capacidade resistente ao momento fletor de lajes com ligação disponíveis na literatura, avaliando o nível de precisão ao comparar com resultados experimentais de uma base de dados com 127 ensaios. Em seguida, foram selecionados alguns modelos experimentais para avaliar comportamento estrutural de ligação através de simulações numéricas. Por fim, foram realizadas modificações no modelo numérico para avaliar o comportamento das ligações variando parâmetros de projeto. Os resultados das comparações entre resultados experimentais e analíticos indicaram maior precisão no modelo de análise da seção simplificada quando o modo de falha governante é flexão, e quando a falha ocorre na ancoragem da armadura o modelo de bielas e tirantes se mostra melhor. Além disso, os modelos numéricos calibrados representaram bem o comportamento dos ensaios experimentais com a relação Pu,exp/Pu,num com média 1,03 e coeficiente de variação de 1,71%. De maneira geral, as simulações numéricas mostraram que as propriedades do UHPC contribuem significativamente para o desempenho das ligações, especialmente na ancoragem entre a armadura na ligação. A falha por ancoragem é evitada quando considerado o comprimento mínimo de ligação de 200 mm e um comprimento de emenda de pelo menos 7,5 vezes o diâmetro das barras longitudinais (db). Além disso, a utilização de barras com cabeça ou em laço na ligação melhora a ancoragem da armadura.
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Palavras-chave | pontes de concreto pré-moldado; ligação; UHPC; simulação numérica. |
English | |
Title | Contributions to the design of connections between precast bridge slabs subjected to flexural moments using UHPC. |
Abstract
The structural performance of bridges using precast slabs largely depends on the ability of cast-in-place concrete connections to transfer forces between these elements. This capacity is directly related to design specifications such as geometry, reinforcement detailing, filling material for the niches, and the surface treatment of the connection interface. The use of ultra-high-performance concrete (UHPC) as a filling material shows great potential for use in connections due to its excellent mechanical properties. However, the number of national studies on the subject is limited. This study aims to present the main characteristics of using connections between precast slabs filled with UHPC and propose design recommendations for implementation in professional practice. To this end, connection design specifications were analyzed based on experimental tests from the literature. Analytical models of the flexural strength capacity of slabs with connections available in the literature were also studied, evaluating the level of accuracy by comparing with experimental results from a database with 127 tests. Subsequently, some experimental models were selected to evaluate the structural behavior of the connection through numerical simulations. Modifications were then made to the numerical model to assess the behavior of the connections by varying design parameters. The comparison results between experimental and analytical findings indicated higher accuracy in the simplified section analysis model when the governing failure mode is flexure, while the strut-and-tie model proved better when failure occurs in reinforcement anchorage. Furthermore, the calibrated numerical models well represented the behavior of the experimental tests with the Pu,exp/Pu,num ratio averaging 1.03 and a coefficient of variation of 1.71%. In general, numerical simulations showed that the properties of UHPC significantly contribute to the performance of the connections, especially in the anchorage of the reinforcement in the connection. Anchorage failure is avoided when considering a minimum connection length of 200 mm and a splice length of at least 7.5 times the diameter of the longitudinal bars (db). Additionally, using headed or looped bars in the connection improves reinforcement anchorage.
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Keywords | precast concrete bridges; wet joint; UHPC; numerical simulation. |