Numerical approach of the bond stress behavior of steel bars embedded in self-compacting concrete and in ordinary concrete using beam models

Abstract

The present study evaluates the bond behavior between steel bars and concrete by means of a numerical analysis based on Finite Element Method. Results of a previously conducted experimental program on reinforced concrete beams subjected to monotonic loading are also presented. Two concrete types, self-compacting concrete and ordinary concrete, were considered in the study. Non-linear constitutive relations were used to represent concrete and steel in the proposed numerical model, aiming to reproduce the bond behavior observed in the tests. Experimental analysis showed similar results for the bond resistances of self-compacting and ordinary concrete, with self-compacting concrete presenting a better performance in some cases. The results given by the numerical modeling showed a good agreement with the tests for both types of concrete, especially in the pre-peak branch of the load vs. slip and load vs. displacement curves. As a consequence, the proposed numerical model could be used to estimate a reliable development length, allowing a possible reduction of the structure costs.O presente estudo avalia o comportamento da aderência entre barras de aço e concreto por meio de uma simulação numérica utilizando o método dos elementos finitos. Os resultados de um estudo experimental anteriomente realizado de vigas em concreto armado submeticas a um carregamento monotônico são também apresentados. Foram utilizados nesta pesquisa dois tipos de concreto, sendo eles: o concreto auto-adensável e o concreto convencional (vibrado). Foram utilizadas relações constitutivas não-lineares para o concreto e o aço para representar o comportamento do modelo numérico proposto com o objetivo de simular o comportamento da aderência dos ensaios. A análise experimental mostrou resultados similares para a resistência de aderência no concreto auto-adensável e no concreto convencional com os modelos em concreto auto-adensável com um melhor comportamento em alguns casos. Os resultados fornecidos pela simulação numérica mostraram boa concordância com os ensaios realizados para os dois tipos de concreto, especialmente na fase de pré-pico do diagram força vs. deslizamento e força vs. deslocamento.Finalmente, o modelo numérico proposto pode ser utilizado para estimar o comprimento de ancoragem mais adequado, permitindo uma possível um redução nos custos da estrutura.