Estrategia de micromodelado de columnas de concreto reforzado: validación frente a ensayos cíclicos
DOI:
https://doi.org/10.37636/recit.v9n3e474Palabras clave:
Micromodelado, Concreto reforzado, Energía histeréticaResumen
La simulación del comportamiento cíclico en columnas de concreto reforzado mediante modelos de fibras o plasticidad concentrada requiere calibraciones para capturar efectos de confinamiento, cortante o modos de falla localizados. En este artículo se propone una estrategia de micromodelado implementada en OpenSees, caracterizada por una parametrización simplificada donde las propiedades constitutivas se derivan exclusivamente de la resistencia a compresión del concreto y la fluencia del acero. El concreto se representa mediante un modelo de daño plástico con regularización por energía de fractura, mientras que el acero de refuerzo incorpora pandeo post-fluencia y degradación cíclica. La metodología fue validada frente a seis especímenes experimentales con relaciones de carga axial entre 0.00 y 0.22. Los resultados demuestran índices de ajuste promedio de 0.90. El modelo capturó la formación de la rótula plástica y la degradación post-pico, confirmando que la interacción mecánica y el confinamiento emergen naturalmente de la formulación sin necesidad de hipótesis de daño o regiones plásticas predefinidas.
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Referencias
[1] T. B. Panagiotakos y M. N. Fardis, “A displacement-based seismic design procedure for RC buildings and comparison with EC8”, Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 30, núm. 10, pp. 1439–1462, 2001, doi: 10.1002/eqe.71.
[2] J. Coleman y E. Spacone, “Localization Issues in Force-Based Frame Elements”, J. Struct. Eng., vol. 127, núm. 11, p. 1257, 2001, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2001)127:11(1257).
[3] L. Pelà, M. Cervera, y P. Roca, “Continuum damage model for orthotropic materials: Application to masonry”, Comput. Methods Appl. Mech. Eng., vol. 200, núm. 9–12, pp. 917–930, feb. 2011, doi: 10.1016/j.cma.2010.11.010.
[4] F. Di Trapani, M. Di Benedetto, M. Petracca, y G. Camata, “Infill-frame interaction: Refined modelling for the analysis and the estimation of the internal forces in seismic assessment of RC building structures”, en COMPDYN Proceedings, National Technical University of Athens, 2023. doi: 10.7712/120123.10607.21394.
[5] H. García, J. Jiménez-Pacheco, y J. Ulloa, “Effective properties of masonry structures and macro-model analysis with experimental verification”, Results in Engineering, vol. 23, sep. 2024, doi: 10.1016/j.rineng.2024.102546.
[6] S. Villar, M. Di Benedetto, A. P. Sberna, M. Petracca, G. Camata, y F. Di Trapani, “Seismic Response of Masonry Aggregate Buildings by Explicit Modelling Different Interconnection Degrees”, en Lecture Notes in Civil Engineering, Springer Science and Business Media Deutschland GmbH, 2025, pp. 183–192. doi: 10.1007/978-3-031-90690-9_16.
[7] B. Alfarah, F. López-Almansa, y S. Oller, “New methodology for calculating damage variables evolution in Plastic Damage Model for RC structures”, Eng. Struct., vol. 132, pp. 70–86, feb. 2017, doi: 10.1016/j.engstruct.2016.11.022.
[8] G. Fawaz y J. Murcia-Delso, “Three-dimensional finite element modeling of RC columns subjected to cyclic lateral loading”, Eng. Struct., vol. 239, jul. 2021, doi: 10.1016/j.engstruct.2021.112291.
[9] L. Jason, M. Choinska, G. Pijaudier-Cabot, S. Ghavamian, y A. Huerta, “Validation of a Damage Plasticity Model for Concrete in Tension and in Compression”, en VIII International Conference on Computational Plasticity, 2005. [En línea]. Disponible en: http://www.cea.fr
[10] L. Benedetti, M. Cervera, y M. Chiumenti, “3D numerical modelling of twisting cracks under bending and torsion of skew notched beams”, Eng. Fract. Mech., vol. 176, pp. 235–256, may 2017, doi: 10.1016/j.engfracmech.2017.03.025.
[11] F. McKenna, G. Fenves, y M. Scott, “Open System for Earthquake Engineering Simulation”, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, California, 2000.
[12] M. Berry, M. Parrish, y M. Eberhard, “PEER Structural Performance Database User’s Manual (Version 1.0)”, Pacific Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, California, 2004.
[13] J. Ruiz Carmona, “Study of cracking processes in reinforced concrete elements”, Tesis doctoral, 2006.
[14] H. D. Kang, K. Willam, B. Shing, y E. Spacone, “Failure analysis of R/C columns using a triaxial concrete model”, Comput. Struct., vol. 77, núm. 5, pp. 423–440, 2000, doi: 10.1016/S0045-7949(00)00006-7.
[15] G. Markou y M. Papadrakakis, “Computationally efficient 3D finite element modeling of RC structures”, Computers and Concrete, vol. 12, núm. 4, pp. 443–498, oct. 2013, doi: 10.12989/cac.2013.12.4.443.
[16] M. Moharrami y I. Koutromanos, “Finite element analysis of damage and failure of reinforced concrete members under earthquake loading”, Earthq. Eng. Struct. Dyn., vol. 46, núm. 15, pp. 2811–2829, dic. 2017, doi: 10.1002/eqe.2932.
[17] T. Shamsi y Y. Sümer, “A Finite Element Modeling Approach for Analyzing the Cyclic Behavior of RC Frames”, Arab. J. Sci. Eng., vol. 49, núm. 10, pp. 13749–13768, oct. 2024, doi: 10.1007/s13369-024-08788-y.
[18] M. Petracca, G. Camata, E. Spacone, y L. Pelà, “Efficient Constitutive Model for Continuous Micro-Modeling of Masonry Structures”, International Journal of Architectural Heritage, vol. 17, núm. 1, pp. 134–146, 2022, doi: 10.1080/15583058.2022.2124133.
[19] R. K. Abu Al-Rub y S. M. Kim, “Computational applications of a coupled plasticity-damage constitutive model for simulating plain concrete fracture”, Eng. Fract. Mech., vol. 77, núm. 10, pp. 1577–1603, jul. 2010, doi: 10.1016/j.engfracmech.2010.04.007.
[20] U. Häussler-Combe y J. Hartig, “Formulation and numerical implementation of a constitutive law for concrete with strain-based damage and plasticity”, Int. J. Non. Linear. Mech., vol. 43, núm. 5, pp. 399–415, jun. 2008, doi: 10.1016/j.ijnonlinmec.2008.01.005.
[21] J. B. Mander, M. J. N. Priestley, y R. Park, “Theoretical Stress-Strain Model for Confined Concrete”, J. Struct. Eng., vol. 114, núm. 8, p. 1804, 1988, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(1988)114:8(1804).
[22] E. Hognestad, “A study of combined bending and axial load in reinforced concrete members”, 1951.
[23] American Concrete Institute (ACI), Requisitos de Reglamento para Concreto Estructural (ACI 318-19). 2019.
[24] CEB-FIB, The fib Model Code for Concrete Structures. International Federation for Structural Concrete, 2010.
[25] P. Feenstra y R. De Borst, “A composite plasticity model for concrete”, Int. J. Solids Struct., 1996, doi: 10.1016/0020-7683(95)00060-N.
[26] A. Hillerborg, M. Modéer, y P.-E. Petersson, “Analysis of Crack Formation and Crack Growth in Concrete by Means of Fracture Mechanics and Finite Elements”, Cem. Concr. Res., vol. 6, núm. 6, pp. 773–782, 1976, doi: 10.1016/0008-8846(76)90007-7.
[27] J. Oliver, “A Consistent Characteristic Length for Smeared Cracking Models”, Int. J. Numer. Methods Eng., vol. 28, pp. 461–474, 1989, doi: 10.1002/nme.1620280214.
[28] R. P. Dhakal y K. Maekawa, “Modeling for Postyield Buckling of Reinforcement”, J. Struct. Eng., vol. 128, núm. 9, pp. 1139–1147, sep. 2002, doi: 10.1061/(asce)0733-9445(2002)128:9(1139).
[29] F. C. Filippou, E. P. Popov, y V. V. Bertero, “Effects of bond deterioration on hysteretic behavior of reinforced concrete joints”, Report EERC 83-19, Earthquake Engineering Research Center, University of California, Berkeley, 1983.
[30] M. M. Kashani, L. N. Lowes, A. J. Crewe, y N. A. Alexander, “Nonlinear fibre element modelling of RC bridge piers considering inelastic buckling of reinforcement”, Eng. Struct., vol. 116, pp. 163–177, jun. 2016, doi: 10.1016/j.engstruct.2016.02.051.
[31] M. Petracca, L. Pelà, R. Rossi, S. Zaghi, G. Camata, y E. Spacone, “Micro-scale continuous and discrete numerical models for nonlinear analysis of masonry shear walls”, Constr. Build. Mater., vol. 149, pp. 296–314, sep. 2017, doi: 10.1016/j.conbuildmat.2017.05.130.
[32] Applied Technology Council, Guidelines for Cyclic Seismic Testing of Components of Steel Structures, ATC-24. Redwood City, CA, 1992.
[33] Y. L. Mo y S. J. Wang, “Seismic behavior of RC columns with various tie configurations”, J. Struct. Eng., vol. 126, núm. 10, p. 1122, 2000, doi: 10.1061/(ASCE)0733-9445(2000)126:10(1122).
[34] M. Saatcioglu y G. Ozcebe, “Response of Reinforced Concrete Columns to Simulated Seismic Loading”, ACI Struct. J., vol. 86, núm. 1, pp. 3–12, 1989, doi: 10.14359/2607.
[35] J. Zhao y S. Sritharan, “Modeling of Strain Penetration Effects in Fiber-Based Analysis of Reinforced Concrete Structures”, ACI Struct. J., vol. 104, núm. 2, pp. 133–141, 2007, doi: 10.14359/18525.
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