Modelo constitutivo del acero de refuerzo bajo acciones cíclicas reversibles basado en su comportamiento monotónico a tracción

Abstract

Las estructuras de concreto armado en zonas sísmicas, en efecto, durante un terremoto, pueden desarrollar demandas de desplazamiento lateral que llevan a las barras de refuerzo principales a historiales de deformación cíclicos aleatorios, que las conducen al intervalo de comportamiento inelástico, también puede ocurrir el pandeo prematuro de estas barras. Para determinar el desempeño de las estructuras de concreto armado, en zonas sísmicas, se requiere la simulación adecuada del comportamiento cíclico reversible del acero de refuerzo mediante un modelo constitutivo adecuado. Se han desarrollado varios modelos constitutivos para el acero de refuerzo. De los modelos existentes ninguno toma en cuenta el efecto del contenido de carbono en las curvas de Bauschinger. Algunos modelos conceptualmente simples y numéricamente eficientes no capturan con precisión la respuesta cíclica reversible e ignoran el modo de falla por pandeo, y, algunos modelos refinados que intentan predecir el modo de falla por pandeo inelástico tienden a conducir a problemas de convergencia numérica. El objetivo de esta tesis es la formulación e implementación de un modelo constitutivo preciso y computacionalmente eficiente para el acero de refuerzo bajo cargas cíclicas reversibles considerando el modo de falla por pandeo a partir de su comportamiento monotónico a tracciones y es la implementación de un algoritmo. Se utilizó un modelo disponible en la literatura, capaz de capturar la respuesta cíclica reversible del acero de refuerzo en ausencia de pandeo y ruptura. El modelo es mejorado al modificar la distribución de las deformaciones en la curva de Bauschinger por una distribución logarítmica, esto debido a que la mayor variación de esfuerzos se encuentra en la zona inicial de esta curva, también se modificó el método numérico para garantizar la convergencia y se implementó un factor que depende del contenido de carbono para modificar la curva de Bauschinger. Además, el modelo propuesto captura la deformación de pandeo y la cantidad de energía histerética disipada. La precisión del modelo propuesto y la eficiencia del algoritmo implementado son validados mediante la comparación con resultados experimentales.

Reinforced concrete structures in seismic zones, in effect, during an earthquake, may develop lateral displacement demands that lead the main reinforcing bars to random cyclic deformation histories, which lead them into the inelastic behavior range, and premature buckling of these bars may also occur. To determine the performance of reinforced concrete structures, in seismic zones, it is required to properly simulate the reversible cyclic behavior of the reinforcing steel by means of a suitable constitutive model. Several constituent models for reinforcing steel have been developed. Of the existing models, none take into account the effect of the carbon content in the Bauschinger curves. Some conceptually simple and numerically efficient models do not accurately capture the reversible cyclic response and ignore the buckling failure mode, and, some refined models that attempt to predict the inelastic buckling failure mode tend to lead to numerical convergence problems. The objective of this thesis is the formulation and implementation of a precise and computationally efficient constitutive model for reinforcing steel under reversible cyclic loads considering the buckling failure mode from its monotonic behavior to traction and is the implementation of an algorithm. A model available in the literature, capable of capturing the reversible cyclic response of the reinforcing steel in the absence of buckling and rupture, was used. The model is improved by modifying the distribution of the deformations in the Bauschinger curve by a logarithmic distribution, this because the greatest variation of stresses is in the initial zone of this curve, also the numerical method was modified to warranty the convergence and a factor that depends on the carbon content was implemented to modify the Bauschinger curve. In addition, the proposed model captures the buckling deformation and the amount of hysteretic energy dissipated. The accuracy of the proposed model and the efficiency of the implemented algorithm are validated by comparison with experimental results.