A seleção dos elementos finitos pré-definidos contidos na biblioteca do software ABAQUS® para representação dos materiais desta pesquisa, foi realizada com base em alguns aspectos, que englobam o comportamento do elemento, esforço computacional, número de graus de liberdade e em estudos presentes na revisão da literatura.
O elemento sólido C3D8R é grandemente utilizado na modelagem tridimensional de estruturas sólidas, conforme o próprio nome já diz, sendo o mesmo definido por oito nós. Cada um dos oito nós possuem três graus de liberdade, sendo translações nas direções x, y e z. Este foi selecionado para modelar o concreto por possuir características que representam bem este material, por suportar análises plásticas com grandes deformações, deslocamentos e também a fissuração quando o tipo de esforço atuante em uma determinada região for a tração. Este elemento é também capaz de representar o esmagamento, quando o tipo de esforço atuante em uma determinada região for a compressão.
Além de todas essas características citadas, o elemento C3D8R permite ainda que sejam inseridas barras de armadura em seu interior, na forma discreta ou em forma de taxas, para representação do concreto armado. A Figura 6.3 ilustra tal elemento.
Figura 6.3: Elemento SÓLID C3D8R
Fonte: Documentação do ABAQUS® (2014)
O elemento SHELL S4R é um elemento de casca apropriado para representar estruturas que tenham espessuras moderadas, podendo estas serem curvas ou lineares. Este é possuinte de quatro nós e seis graus de liberdade por nó, sendo translações nas direções dos eixos x, y e z e rotações em torno dos eixos x, y e z. O elemento S4R foi selecionado para discretizar o perfil metálico por apresentar fluência, plasticidade, grande deflexão e grande capacidade de deformação. A Figura 6.4 ilustra o elemento.
Figura 6.4: Elemento SHELL (S4R)
Fonte: Documentação do ABAQUS® (2014)
O elemento TRUSS (T3D2) é um elemento de barra apropriado para representar barras, treliças ou cabos sujeitos a esforços uniaxiais de tração ou compressão, pelo fato de não possuir rigidez para resistir a esforços perpendiculares ao seu eixo. Este, é um elemento definido por dois nós, área da seção transversal, uma deformação inicial, caso seja o objetivo do estudo, e pelas propriedades isotrópicas dos materiais. Cada nó do elemento é composto por três graus de liberdade, sendo translações nas direções dos eixos x, y e z. A Figura 6.5 apresenta o elemento citado.
Figura 6.5: Elemento TRUSS T3D2
Fonte: Documentação do ABAQUS® (2014)
O elemento de viga BEAM (B31), que foi utilizado para modelagem dos conectores de cisalhamento, possui dois nós e seis graus de liberdade por nó, sendo translações nas direções x, y e z e rotações em torno de x, y e z. Este elemento foi adotado pela simplicidade existente em sua utilização, além de permitir que sua forma seja configurada, que no caso deste trabalho é circular. O elemento responde de forma efetiva a esforços de flexão e permite ainda a consideração da não linearidade do material. A Figura 6.6 mostra a imagem do elemento.
Figura 6.6: Elemento BEAM (B31)
Fonte: Documentação do ABAQUS® (2014)
Quanto as dimensões das malhas, inicialmente foi utilizada uma malha com dimensões de aproximadamente 43x36x30 mm nos elementos sólido C3D8R, que representam a laje de concreto, e nos elementos shell S4R, que representam o perfil de aço foi adotada uma malha de 43x36. Posteriormente, reduziu-se as dimensões dessa malha para aproximadamente 22x18 mm no perfil de aço e na região da laje que possui contato com este perfil foi adotada uma malha de 22x18x15 mm. No que se refere a alma do perfil, foi adotada uma malha com dimensões de 40,25x18 mm. Essa redução realizada nas dimensões da malha gerou uma melhora significativa na convergência numérica e consequentemente nos resultados finais, sem afetar de maneira considerável o tempo de processamento do modelo. A ideia de se refinar esta região central da viga mista, surgiu por conta dos estudos desenvolvidos por Xing et al. (2016), Kotinda (2006) e El Shaer e Mukhtar (2016).
Os conectores de cisalhamento foram discretizados em quatro elementos, onde um destes elementos foi destinado a cabeça do conector, e os outros três ao corpo do mesmo, como é ilustrado na
Figura 6.7
. Conforme Gil, Goñi e Bayo (2012) realizaram em sua pesquisa, a base do conector de cisalhamento foi particionada, pelo fato do conector estar simultaneamente em contato com o concreto e com o perfil de aço. Essa ação foi necessária para evitar erros relacionados a vinculações do conector, de modo que a base fosse acoplada ao perfil metálico e o restante do conector acoplado à laje de concreto. A necessidade de discretizar o restante do corpo em dois elementos é baseado ao que foi afirmado por Kotinda (2006), que alegou que a transferência de esforços cisalhantes ocorre principalmente na metade inferior do corpo do conector sobre a laje de concreto.Figura 6.7: Conector de cisalhamento discretizado
Fonte: Adaptado do ABAQUS® (2014)
A armadura passiva foi discretizada seguindo aproximadamente a divisão de elementos da laje de concreto, sendo adotada uma dimensão de 22 mm. Os cabos de protensão foram discretizados em elementos cuja dimensão foi dada pela distância entre desviadores, conforme é possível visualizar na
Figura 6.8
. Isso garantiu com que o cabo acompanhasse a deformação da viga através dos pontos de inflexão, conforme ocorrência no ensaio real.Figura 6.8: Detalhe da discretização do cabo de protensão
Fonte: Adaptado do ABAQUS (2014)
Em função da geometria do elemento, diferenciados tipos de malhas podem ser gerados pelo software ABAQUS®. Quanto ao tipo de malha utilizada para discretização dos
elementos do presente trabalho, foi selecionada a malha estruturada, que segundo Da Silva (2013), é a melhor malha que o software ABAQUS® é capaz de gerar, pois os elementos possuem maior uniformidade formal e dimensional. Se caso a estrutura em estudo não possuísse forma regular, seria necessário a utilização de outro algorítimo de geração de malha ou seria necessário a divisão do elemento em partes regulares, para que a malha pudesse ser estruturada.