Simulación numérica del ensayo push-out para conectadores tipo perno de estructuras mixtas en sección viga-losa con lámina nervada

Autores: Dr. Ing. Jorge Douglas Bonilla Rocha
Dr. Ing. Rafael Larrúa Quevedo
Dr. Ing. Carlos Alexander Recarey Morfa
Dr. Ing. Enrique Mirambell Arrizabalaga
Lic. Ángel Gómez Argüelles

Ing. Melchor López Ávila
Puerto Padre, Cuba
E-mail: melchor@uclv.edu.cu, melchor_bia@yahoo.com
Revista Ingeniería Civil CEDEX (En Edición)


Resumen:
En este trabajo se realiza la simulación virtual del ensayo push-out empleando conectadores tipo perno, a diferencia de otros trabajos realizados en losa maciza, en este caso se aborda la tipología viga-losa en presencia de lámina nervada (steel deck). Para ello se utiliza el programa computacional ABAQUS, el cual está basado en el Método de Elementos Finitos (MEF). En la simulación del comportamiento de los materiales se ha empleado: un modelo de daño plástico para el hormigón y uno bilineal para el acero. Se plantean los aspectos metodológicos para enfrentar la simulación del ensayo de conectadores en la tipología analizada. Finalmente se valida todo el proceso de modelación utilizando probetas con condicionantes diferentes a las existentes en el modelo inicial. En todos los casos se obtiene muy buena correspondencia entre modelación y experimentación, en cuanto a la capacidad resistente última de la conexión, con errores que no superan el 3 %.

Abstract:
In this work are carried out the virtual simulation of the push-out test employing headed studs shear connectors, in composite sections of beam-slab with profiled sheeting, to difference of other work about solid slab. ABAQUS software, based on the Finite Element Method (FEM) is utilized for this purpose. In the simulation of the behaviour of the materials have been employed a model of damage plastic for the concrete and bilineal model for the steel. The basis and methodology to model the push out test are explained for this type of composite section. Finally is validating the simulation process on specimen with different conditions to the existent in the initial model. A very good correspondence of the ultimate strength of the connection between simulation and experimentation, with errors that don't overcome the 3% was observed on all the cases.

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Introducción
En este trabajo se realiza la simulación numérica del ensayo push-out para conectadores tipo perno de estructuras mixtas en la tipología viga-losa en presencia de lámina nervada. Para ello se emplea como herramienta numérica el programa computacional ABAQUS/CAE (Versión 6.4-1, 2003), basado en el Método de Elementos Finitos (MEF).
En la literatura consultada existen varios trabajos donde se realizan estudios del comportamiento de conectadores a través de la simulación numérica en el código ABAQUS, donde sobresalen los de Lam y Ellobody (2005), Ellobody y Young (2006), Bonilla et al. (2007a)(2007b)(2007c). De ellos solamente el de Ellobody y Young (2006) aborda la tipología viga-losa en presencia de lámina nervada, en el que la simulación del comportamiento del hormigón se realiza a través del criterio de discontinuidad plástica de Drucker-Prager, obteniéndose muy buena correspondencia entre modelación y experimentación. En este trabajo es utilizado a diferencia del anterior un novedoso modelo computacional implementado en el ABAQUS, concebido para ser aplicado a través del MEF y basado en la mecánica del daño, conocido como Modelo de Daño Plástico del hormigón (Concrete Damaged Plasticity).
En el desarrollo del trabajo primeramente se tratan los aspectos concernientes a la modelación de los materiales, posteriormente se detalla el proceso de modelación del ensayo de conectadores. Se plantean las bases metodológicas para acometer la simulación virtual del ensayo, tratándose aspectos relacionados con la concepción geométrica del modelo, teniendo en cuenta el aprovechamiento de la simetría físico-mecánica y de las cargas, así como la definición de las condiciones de borde e interfase entre los cuerpos que componen la probeta virtual. Se aborda todo el proceso de calibración, vinculado a la selección del tipo de elemento finito y de la densidad de malla óptima, acorde con un adecuado costo computacional.
En este trabajo, finalmente se aprecia muy buena correspondencia entre los resultados experimentales y numéricos, aspecto que permite validar todo el proceso de modelación, así como la utilización del MEF para el estudio del comportamiento de conectadores en la tipología viga-losa en presencia de lámina nervada.

ACÁPITES
Modelación del comportamiento de los materiales 3
Modelación del acero 3
Modelación del hormigón 3
Simulación del ensayo de conectadores 9
Descripción del espécimen 9
Modelación de la geometría 10
Modelación de las condiciones de apoyo y de frontera de los cuerpos 11
Estudio y selección del tipo de elemento finito a emplear 12
Estudio y selección de la densidad de malla 13
Validación del proceso de modelación 15
Conclusiones 19
Bibliografía 20