Estudo da confiabilidade de vigas de concreto armado reforçadas com fibra de carbono através de modelo computacional

Abstract

Neste trabalho foi realizado um estudo de confiabilidade com base na norma americana para projeto de reforço à flexão de vigas de concreto armado com Polímeros Reforçados com Fibras (PRF), visto que o Brasil ainda não possui norma sobre este tema. Para isto, foi realizada a modelagem computacional em elementos finitos no software ANSYS de uma viga de concreto armado reforçada com uma camada de fibra de carbono, com destaque para a modelagem da região da interface concreto-reforço, que é a região onde geralmente ocorre a falha neste tipo de viga. O modelo adotado foi validado através de resultados experimentais disponíveis na literatura, mostrando bom funcionamento. Em seguida, utilizando o Método da Superfície de Resposta, foi obtida a função polinomial de resposta do sistema. Com esta função e considerando o erro do modelo, foram executados os métodos de confiabilidade de primeira ordem (FORM) e simulação de Monte Carlo, por meio dos quais foram obtidos os índices de confiabilidade que foram comparados a um índice de confiabilidade alvo. Por fim, foi realizado um estudo paramétrico para verificar como o índice de confiabilidade varia de acordo com a variação dos parâmetros de entrada do modelo. Os resultados mostraram que a confiabilidade da norma americana se mostrou adequada para a viga em estudo, que a distribuição de probabilidade da resistência da viga aparenta ser lognormal e que as variáveis de maior impacto no índice de confiabilidade foram a relação carga variável/carga permanente e as resistências do concreto e do aço.

In this work, a reliability study was carried out based on the american standard for the design of the flexural strengthening of reinforced concrete beams with Fiber Reinforced Polymers (PRF), since Brazil has no standard on this subject. For this, a finite element computational modeling of a reinforced concrete beam strengthened with one carbon fiber layer was performed in the ANSYS software, highlighting the modeling of the concrete-reinforcement interface region, which is the region where the failure usually occurs in this kind of beam. The model used was validated through experimental results available in the literature, showing good functioning. Then, using the Response Surface Method, the polynomial response function of the system was obtained. With this function and considering the model error, the probabilistic analysis methods First Order Reliability Method (FORM) and Monte Carlo simulation were performed, whereby the reliability indexes were compared to a target reliability index. Finally, a parametric study was performed to verify how the reliability index varies according to the variation of the input parameters of the model. The results showed that the reliability of the American standard was adequate for the beam under study, that the probability distribution of the beam resistance seems to be lognormal and that the variables with the greatest impact on the reliability index were the variable load/permanent load ratio, the strengths of concrete and steel.