Numerical modelling of elastic behaviour of concrete reinforced with steel short fies in plane stress conditions

Simulación numérica del comportamiento elástico del concreto reforzado con fibras cortas de acero en condición plana de esfuerzos

This work describes a numerical model of fie reinforced concrete elastic behaviour implemented using the finite elements method (Hughes, 2000). In structures made of this material, each point is formed by steel fies embedded into a simple concrete matrix. The reinforced concrete is represented inside a finite element as an orthotropic material having random material direction based on the vanishing diameter fie model (Dvorak and Bahei-el-Din, 1982) and the mixing theory modified for short length reinforcement (Oller, 2003). Statistical analysis consisted of repeating the problem's numerical simulation where the direction of fies was modified by a random function to set up a sampling database from the results and measure their variability. A sensitivity study of finite element size and the number of sampling data was then carried out in terms of total strain energy. Finite element size and sampling data are recommended. The average structural response of a reinforced concrete beam with different quantities of steel fies where minimum data dispersion was observed is given as an example of applying the above.

Este trabajo describe un modelo numérico implementado en el método de los elementos finitos (Hughes, 2000), el cual permite simular el comportamiento elástico del concreto reforzado con fibras cortas de dirección aleatoria. En estructuras hechas de dicho material cada punto está compuesto por fibras cortas de acero embebidas en una matriz de concreto simple. En el interior de un elemento finito el concreto reforzado se representa como un material ortótropo de dirección material aleatoria, basado en el modelo de fibras con diámetro despreciable (Dvorak y Bahei-el-Din, 1982) y la teoría de mezclas modificada para refuerzo de corta longitud (Oller, 2003). El análisis estadístico realizado consiste en: repetir la simulación numérica del problema cambiando la dirección de las fibras mediante una función aleatoria, construir la base de datos de muestreo a partir de los resultados obtenidos y medir la dispersión de estos últimos. A continuación, en este trabajo se estudia la sensibilidad del tamaño de los elementos finitos y del número de datos de muestreo en el cálculo de la energía total de deformación y se establecen algunos valores recomendables. Como ejemplo de aplicación se obtuvo la respuesta estructural promedio de una viga de concreto reforzado con diferentes cuantías de fibras cortas de acero, observando una dispersión mínima de los datos.