Resumo O desenvolvimento de recursos numéricos e computacionais capazes de apresentar modelos confiáveis para a análise de estruturas de concreto armado é impulsionado principalmente pelo seu uso generalizado. Considerando que o concreto armado é um material composto e a ligação entre eles é o mecanismo de transmissão de carga, estes modelos devem levar em conta que o comportamento estrutural é afetado pela interação entre concreto e armadura. Neste sentido, o Método dos Elementos Finitos (MEF) é um método bem estabelecido capaz de fornecer resultados consistentes para modelagem de concreto armado através de modelos de armadura e aderência. No entanto, a fim de simplificar a análise, a hipótese de compatibilidade de deformação entre concreto e aço é geralmente considerada. Sob certas cargas e geometrias, esta hipótese não é válida, e o fenômeno de escorregamento da armadura deve ser considerado para caracterizar plenamente o comportamento estrutural. Para atender a essa necessidade, este artigo apresenta uma interface gráfica que permite a modelagem de estruturas de concreto armado por meio de modelos de armadura discreta e embutida, com a possibilidade de incluir a perda de aderência com base em uma série de leis constitutivas propostas na literatura. A implementação computacional foi realizada no sistema INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), um programa de código aberto baseado no paradigma da programação orientada a objetos, que engloba vários modelos constitutivos para modelagem não-linear de estruturas de concreto, diferentes métodos numéricos e também uma aplicação de pós-processamento capaz de representar os resultados por meio de uma interface gráfica amigável.

Abstract The development of numerical and computational resources that can present reliable models for the analysis of reinforced concrete structures is mainly driven by its widespread use. Considering that reinforced concrete is a composite material and bond is the load-carrying mechanism, these models must consider that the structural behavior is affected by the interaction between concrete and reinforcement. On this basis, the Finite Element Method (FEM) is a well-established method able to provide consistent results for reinforced concrete modeling through reinforcement and bond models. Nevertheless, to simplify the analysis, the hypothesis of strain compatibility between concrete and reinforcement is usually considered. Under certain loads and specific geometries, this hypothesis is not valid, and the bond-slip phenomenon must be considered to fully characterize the structural behavior. To fulfill this need, this paper presents a graphic interface that enables the modeling of reinforced concrete structures through discrete and embedded reinforcement models, with the possibility to include the bond-slip phenomenon based on several constitutive laws proposed in the literature. The computational implementations were held in the INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment), an open-source software based on the Object-Oriented Programming paradigm, which enclosures several constitutive models for nonlinear concrete modeling and different numerical techniques, and a post-processing application able to represent the results by way of a friendly-user graphic interface.

Esse artigo apresenta os elementos finitos de casca do sistema computacional INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment): retangular de quatro nós e triangular de três nós, obtidos por combinações de esforços de membrana e flexão, baseadas na Teoria de Kirchhoff; quadrilaterias de quatro, oito e nove nós, que combinam esforços de membrana, flexão e cisalhamento, conforme a Teoria de Reissner-Mindlin. Após resumir as características dos elementos, o artigo apresenta resultados de três estudos de convergência e de duas aplicações práticas: uma barragem em arco e um reservatório cônico-cilíndrico. Os resultados são comparados com soluções analíticas e com aqueles obtidos com o elemento finito de casca do SAP2000.

This paper presents the shell finite elements of the computer system INSANE (INteractive Structural ANalysis Environment): four-node rectangular and three-node triangular, obtained by combining membrane and bending efforts, based on the Theory of Kirchhoff; a quadrilateral of four, eight and nine nodes that combines membrane, bending and shear efforts, according to the Reissner-Mindlin Theory. After summarizing the characteristics of the elements, the paper presents results of three convergence studies and two practical applications: an arch dam and a conical-cylindrical reservoir. The results are compared with analytical solutions and those obtained with the shell finite element of SAP2000.

In this paper, a finite element model including both material heterogeneity and size effects is presented. The concrete is considered as a statistical combination of constituent phase with different properties (aggregate, mortar and interface material). The material point response is based on a combination of the random occurrence of the solid phases in the structural volume as well as on the differences of structural response due to the size effect. Such combination allows for higher or lower heterogeneity corresponding to smaller or larger structural size. Simulations of the material heterogeneity and associated size effect in a computationally efficient and simple manner show good qualitative agreement with available experimental results for the three-point bending and Brazilian split tests.