Análisis y diseño del comportamiento de los materiales compuestos de fibra de carbono (página 2)
Enviado por Broulaye bamba
Análisis y visualización de los resultados, aquí se realizan los cálculos y se puede pasar a mostrar gráficamente los resultados.
A continuación se aprecia la representación de esto pasos en la Figura 2.1
Figura 2.1 Metodología del análisis en el ABAQUS.
Elaboración de una metodología para el diseño de reforzamiento a flexión de los elementos estructurales con fibra
El procedimiento de diseño sigue e proceso paso a paso para el diseño a flexión del reforzamiento externo de estructuras en concreto reforzado con FRP. Varias consideraciones de diseño, incluyendo la resistencia a flexión, delaminación, anclaje y capacidad de servicio.
El método de diseño a flexión para elementos reforzados con FRP es similar a los principios de diseño a flexión para el concreto reforzado convencionalmente basado en el método USD:
fSn (resistencia nominal) = S?iMi (demanda requerida basada en cargas
mayoradas)
El método para determinar la resistencia nominal a flexión para una sección reforzada con FRP, está basado en el equilibrio de la sección transversal y en las propiedades constitutivas del concreto, el acero de refuerzo y el compuesto FRP.
El diseño de reforzamiento a flexión de la estructura se realiza en 10 pasos, que son las siguientes:
El primer paso es la:
Cálculo de las propiedades de diseño del material del sistema FRP.
El segundo paso consiste en la determinación de las propiedades del material,
Cálculos preliminares Propiedades del concreto
Propiedades del acero de refuerzo existente
Propiedades del refuerzo FRP adherido externamente
El tercero paso permite la determinación del estado de deformación existente en la cara inferior:
El estado de deformación existente se calcula asumiendo que el elemento está fisurada y que las únicas cargas que actúan sobre la estructura en el momento de la instalación del FRP son cargas muertas. Un análisis de la sección fisurada de la viga existente da k y Icr
Paso 4 Determinación del coeficiente dependiente de adherencia del sistema FRP
El coeficiente dependiente de adherencia adimensional por flexión, km es calculado utilizando la Ecuación (9-2).
Comparación de n1Ef tf con 180
Paso 5 Estimación de c, profundidad del eje neutro
Un estimativo inicial razonable de c es 0.20d. El valor de c es ajustado después de verificar el equilibrio.
Paso 6 Determinación del nivel efectivo de deformación en el refuerzo FRP
El nivel de deformación efectivo en el FRP puede ser encontrado a partir de la
Ecuación (9-3).
Paso 7 – Cálculo de la deformación en el acero de refuerzo existente
La deformación en el acero de refuerzo puede ser calculada utilizando triángulos semejantes de acuerdo con la Ecuación (9-8)
Paso 8 – Cálculo del nivel de resistencia en el refuerzo de acero y FRP
Las resistencias son calculadas utilizando las Ecuaciones (9-9) y (9-4).
Paso 9 – Cálculo de las fuerzas resultantes internas y verificación del equilibrio
El equilibrio de fuerza en verificado mediante la comprobación del estimado inicial de c con la Ecuación (9-10). (Ya que el aplastamiento del concreto controla la falla, ? puede ser tomado como 0.85)
Revisar el estimado de c y repetir los pasos 6 a 9 hasta que el equilibrio sea alcanzado.
Paso 10 – Cálculo de la resistencia de diseño a flexión de la sección
Paso 11 – Verificación de los esfuerzos de servicio en el refuerzo de acero y en el FRP
Cálculo de la profundidad elástica al eje neutro fisurado mediante la suma del primer momento de las áreas de la sección transformada. Esto puede ser simplificado por una viga rectangular sin refuerzo a compresión como sigue:
Cálculo del nivel de esfuerzo en el acero de refuerzo utilizando la Ecuación (9-12) y verificación de que sea menor al límite recomendado por la Ecuación (9-6)
Cálculo del nivel de esfuerzo en el FRP usando la Ecuación (9-13) y verificar que sea menor que el límite de esfuerzo de rotura por fluencia plástica dado en la Tabla 9.1. Se asume que la carga de servicio total es sostenida Cálculo del nivel de esfuerzo en el FRP usando la Ecuación (9-13) y verificar que sea menor que el límite de esfuerzo de rotura por fluencia plástica dado en la Tabla 9.1. Se asume que la carga de servicio total es sostenida.
Para un sistema FRP de carbono el límite de esfuerzo de rotura por fluencia plástica es obtenido de la Tabla 9.1:
Para el caso de diseño por cortante se procede de la siguiente forma:
Paso 12 – Cálculo del nivel de deformación efectiva en el reforzamiento a cortante FRP
La deformación efectiva en envoltura en U con FRP debe ser determinada utilizando el coeficiente de reducción de adherencia, ?v. Este coeficiente puede ser calculado usando las ecuaciones (10-7) a (10-10).
Paso 14 – Cálculo de la contribución del refuerzo FRP en la capacidad a cortante El área del refuerzo a cortante FRP puede ser calculada como sigue:
Paso 15 – Cálculo de la capacidad a cortante de la sección
La resistencia a cortante de diseño puede ser calculada a partir de la Ecuación (10-2) con ?f = 0.85 para envoltura en U.
Tabla 10.1: Factores de reducción adicional recomendados para el refuerzo
a cortante FRP
– Se propone una metodología para el análisis y diseño de elementos de materiales compuestos con la aplicación de la teoría de homogenización.
– Se establece una metodología diseño de reforzamiento a flexión de elementos estructural con fibra de carbono.
– La metodología de análisis y diseño propuesto es un estudio inicial sujeto a investigación y posibles cambios.
Autor:
Broulaye Bamba
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