Proposition and analysis of strut and tie models for short corbels from techniques of topology optimization

Abstract

Abstract Reinforced concrete short corbels are components characterized to represent typical conditions of geometrical and static discontinuity. In general, the classical bending theory is not valid for their design. With the strut and tie method, a model of a self-balanced truss, a strategy of representation of the principal stress flow appears as a representation of the trajectories of the main stresses in these components. Within the context of obtaining the strut and tie models, topology optimization is an indicated technique for an automated process. Combined with a numerical analysis based on finite elements, the SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization) method formulation, which is defined with the criterion of minimum strain energy restricted by the volumetric fraction, is used for the development of the models with the ABAQUS® v. 6.14.1 software. Therefore, with the material distribution posterior to the optimization and the validation based on normative codes, it is demonstrated that the tool is effective in the development of strut and tie models.Resumo Os consolos curtos de concreto armado são componentes caracterizados por representarem situações típicas de descontinuidade geométrica e estática. Para o seu dimensionamento, em geral, não é válida a teoria clássica da flexão. Com o método das bielas, um modelo de treliça autoequilibrada surge como uma representação das trajetórias de tensões principais nesses componentes. No contexto de obtenção dos modelos de bielas, a otimização topológica é uma técnica indicada para um processo automatizado. Combinado com uma análise numérica em elementos finitos, a formulação do método SIMP (Solid Isotropic Material with Penalization), que é definida com o critério da mínima energia de deformação com restrição de volume, é utilizada para a definição dos modelos com o software ABAQUS® v. 6.14.1. Assim, com a distribuição de material após a otimização e a validação feita a partir de recomendações normativas, mostra-se que a ferramenta é eficaz no auxílio no desenvolvimento de modelos de bielas.