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

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 14793 (2022) Citar este artigo

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Acidentes de trânsito e incidentes relacionados a trens descarrilados ocorreram com mais frequência do que nunca nos últimos anos, resultando em alguns danos econômicos e baixas. 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 RC circulares 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. Ele analisa o comportamento dinâmico de membros de concreto armado sob cargas de impacto de vãos desiguais. Implementações numéricas de problemas de impacto são discutidas sob a perspectiva de propriedades geométricas, de contato e materiais. A confiabilidade e precisão do código ABAQUS para resolver problemas de impacto são verificadas comparando os modos de falha, impacto e saídas experimentais do histórico de tempo de deflexão. Ao analisar as características de resposta ao impacto, usou as variáveis ​​de controle para estudar o processo e o modo de falha (incluindo as características das forças de impacto e reação, curva histórica de tempo de deflexão, curva de força de deflexão de impacto e curva de força de reação de deflexão do rolamento). A taxa de armadura, a velocidade de impacto, a resistência do concreto e a taxa de esbeltez afetam significativamente o padrão e o desenvolvimento da trinca de cisalhamento. Mudanças na velocidade de impacto e taxa de esbelteza também afetam os modos de falha do membro.

Estruturas de concreto armado são suscetíveis a impactos em uso normal ou desastres naturais, como impacto de veículos diversos nos pilares de viadutos urbanos e passarelas de pedestres, impacto em pilares de estacionamento coberto, impacto de navios em pilares de pontes, infraestrutura de cais, e trem descarrilado no prédio da estação de metrô também. Esses impactos, por vezes, levam não apenas a danos locais na estrutura, mas podem até causar o colapso de toda a edificação, resultando em incalculáveis ​​baixas e prejuízos econômicos. As estruturas de concreto armado frequentemente estarão sujeitas a cargas repentinas, como impactos, terremotos e explosões durante a vida útil.

A resistência, deformação, elasticidade e efeito de confinamento são influenciados pelas mudanças na seção transversal, armadura e relação largura/espessura das barras sob as cargas de impacto lateral1,2,3,4. Houve alguma investigação sobre esses fatores na literatura anterior. Os efeitos dos parâmetros de forma geométrica (seções circulares, hexagonais, retangulares e quadradas)5,6,7,8,9 nas propriedades do material dos tubos de aço ocos e amostras CFST submetidas a testes de compressão axial foram estudados10,11,12 ,13,14,15,16. Os resultados mostraram que os espécimes circulares são as amostras ideais para os valores de tensão axial e 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 um maior efeito de confinamento no concreto do que a seção quadrada. É menos propenso a flambagem local, especialmente quando a relação largura-espessura da seção transversal é relativamente pequena. Pode-se constatar que pilares ocos de concreto armado com a mesma área de seção transversal são menos propensos à torção do que pilares maciços de concreto armado por causa de sua rigidez torcional relativamente grande. A estabilidade estrutural pode ser efetivamente melhorada quando submetida a cargas externas18.

Enquanto isso, as colunas de concreto armado com formato especial geralmente atendem aos requisitos das funções de construção. Os modos de ruptura de membros de concreto armado sob impacto lateral são bastante diferentes. O modo de falha das vigas de concreto armado muda gradualmente de falha por flexão para falha por cisalhamento à medida que a velocidade de impacto aumenta19,20,21, trincas diagonais especialmente severas geradas e falhas por punção serão formadas no local de impacto no meio da amostra com um curto momento em que sofre impacto de alta velocidade22,23.