Estudo numérico sobre membros de seção circular RC existentes sob colisão de impacto desigual

May 25, 2024

Scientific Reports volume 12, Artigo número: 14793 (2022) Citar este artigo

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Os acidentes de trânsito e os incidentes relacionados com descarrilamentos de comboios têm ocorrido com mais frequência do que nunca nos últimos anos, resultando em alguns danos económicos e vítimas. As construções de concreto armado (RC) geralmente envolvem acidentes com trens e veículos descarrilados. Raramente essas colisões laterais são estudadas em estudos anteriores. Para fazer isso, modelos de elementos finitos (FE) baseados em simulação de alta fidelidade são criados neste artigo para simular com precisão a colisão de membros circulares de RC com um trem descarrilado. A estrutura de membros de concreto armado é comum em estações ferroviárias de alta velocidade. A energia de impacto do corpo de impacto é significativa, causando a falha do membro estrutural. Analisa o comportamento dinâmico de elementos de concreto armado sob cargas de impacto de vãos desiguais. Implementações numéricas de questões de impacto são discutidas a partir da perspectiva das propriedades geométricas, de contato e dos materiais. A confiabilidade e precisão do código ABAQUS para resolver problemas de impacto são verificadas comparando modos de falha, impacto e resultados experimentais de histórico de tempo de deflexão. Ao analisar as características de resposta ao impacto, utilizou as variáveis ​​de controle para estudar o processo e modo de falha (incluindo as características das forças de impacto e reação, curva de histórico de tempo de deflexão, curva de força de impacto-deflexão e curva de força de reação de rolamento-deflexão). A taxa de armadura, a velocidade de impacto, a resistência do concreto e a taxa de esbeltez afetam significativamente o padrão e o desenvolvimento de fissuras de cisalhamento. Mudanças na velocidade de impacto e na proporção de esbeltez também afetam os modos de falha dos membros.

Estruturas de concreto armado são suscetíveis a impactos em uso normal ou desastres naturais, como o impacto de diversos veículos nos pilares de viadutos urbanos e pontes de pedestres, o impacto nas colunas de estacionamentos internos, o impacto de navios nos pilares das pontes, infraestrutura portuária, e trem descarrilado no prédio da estação de metrô também. Estes impactos, por vezes, não só levam a danos locais na estrutura, mas podem até causar o colapso de todo o edifício, resultando em vítimas incalculáveis ​​e perdas económicas. As estruturas de concreto armado estarão frequentemente sujeitas a cargas repentinas, como impactos, terremotos e explosões durante a vida útil.

A resistência, a deformação, a elasticidade e o efeito de confinamento são influenciados pelas alterações na seção transversal, nas armaduras e na relação largura-espessura dos membros sob as cargas de impacto lateral1,2,3,4. Houve alguma investigação sobre esses fatores na literatura anterior. Foram estudados os efeitos dos parâmetros de forma geométrica (seções circular, hexagonal, retangular e quadrada)5,6,7,8,9 nas propriedades do material dos tubos ocos de aço e corpos de prova de CFST submetidos a ensaios de compressão axial10,11,12 ,13,14,15,16. Os resultados mostraram que as amostras circulares são as amostras ideais em termos de tensão axial e valores de ductilidade.

Hu et al.17 estudaram os efeitos de confinamento de pilares tubulares de aço preenchidos com concreto sob compressão axial devido à mudança de formato da seção. O tubo de aço circular tem maior efeito de confinamento no concreto do que a seção quadrada. É menos propenso à encurvadura local, especialmente quando a relação largura/espessura da secção transversal é relativamente pequena. Pode-se descobrir que pilares ocos de concreto armado com a mesma área de seção transversal são menos propensos à torção do que pilares sólidos de concreto armado devido à sua rigidez torcional relativamente grande. A estabilidade estrutural pode ser efetivamente melhorada quando submetida a cargas externas18.

Enquanto isso, colunas de concreto armado com formato especial geralmente poderiam atender aos requisitos das funções de construção. Os modos de ruína de elementos de concreto armado sob impacto lateral são bastante diferentes. O modo de ruptura das vigas de concreto armado muda gradualmente de ruptura por flexão para ruptura por cisalhamento à medida que a velocidade de impacto aumenta 19,20,21, especialmente fissuras diagonais severas geradas e rupturas por punção serão formadas no local de impacto no meio da amostra com um curto momento ao sofrer impacto em alta velocidade22,23.