Viabilidade da previsão do comportamento de estruturas compósitas madeira-concreto ligadas por parafusos via análise numérica 3D

Abstract

Estruturas mistas madeira-concreto (MMC) ligadas por parafusos se destacam pelo seu comportamento dúctil. Porém, não foram encontrados modelos numéricos 3D de previsão do comportamento mecânico desse compósito. Assim, essa pesquisa explorou maneiras viáveis para a simulação de vigas MMC. As variáveis investigadas foram a consideração da inclinação (45° e 90°) e confinamento (Embedded region) do parafuso, valor do coeficiente de atrito estático (CAE) da interface concreto-madeira (sete valores) [modelos MR1C1], consideração de sete CAEs diferentes considerados em uma única análise (MR1C7), transição entre coeficiente de atrito estático e cinético (dezesseis modelos) [Modelos MR1D], parafusos simulados com elementos de treliça (MR1 e MR3) e elementos sólidos (MR2 e MR4), e madeira simulada como material isotrópico e ortotrópico (modelos MR3I e MR3O). Ao total vinte e nove simulações numéricas não lineares (física e geométrica) foram realizadas por meio do software Abaqus (2014). Assim, os resultados foram apresentados por meio da curva força x deflexão (fxd) e força x deslizamento (fxdes), além dos valores de rigidez inicial (Ki), rigidez de serviço (Kser), rigidez última (Ku) e de rigidez no colapso (Kc), além do tempo das simulações e distorção de malha. Nos resultados encontrou-se que para um único CAE na análise, o valor de 0 foi o que melhor simulou a curva fxd e fxdes. Já o modelo MR1C7 apresentou as curvas fxd e fxdes, e valores de rigidez Ki, Kser, Ku e Kc mais ajustados possíveis com os experimentos. Para parafusos inclinados (45°), tanto a consideração deste embebido (elemento de treliça) quanto com contato (elementos sólidos) não foi capaz de simular os resultados experimentais. Além disso, parafusos com elementos sólidos apresentam uma distorção de malha considerável, além da interação de contato tornar a simulação inviável. Para a variação do CAE para o cinético, foram encontrados sérios problemas de convergência para valores do coeficiente de decréscimo (dc) acima de 0,01. Já a madeira simulada como ortotrópica apresentou melhores resultados. Por fim, o tempo de simulação do modelo MR1C7 foi equivalente a 3,245 vezes o do MR1C1. De forma geral, apenas modelos numéricos com parafusos retos (90°) têm a capacidade de prever valores experimentais.