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Clase: Dissertação
Título : Contribuições para a modelagem termomecânica do concreto de ultra-alto desempenho reforçado com fibras de aço submetido a elevadas temperaturas
Autor(es): Fagundes, Iury Carvalho
Orientador: Farage, Michèle Cristina Resende
Co-orientador: Ainsworth Júnior, George Oliveira
Co-orientador: Ribeiro, Paula de Oliveira
Miembros Examinadores: Krahl, Pablo Augusto
Miembros Examinadores: Assis, Lahis Souza de
Resumo: O Concreto de Ultra-Alto Desempenho Reforçado com Fibras de Aço (UHPFRC) apresenta elevado potencial para aplicações estruturais devido à sua alta resistência mecânica, durabilidade e capacidade de manter desempenho pós-fissuração. Entretanto, sua modelagem numérica ainda enfrenta desafios relacionados ao elevado custo computacional da representação explícita das fibras e à reprodução do comportamento residual após exposição a altas temperaturas. Nesse contexto, este trabalho tem como objetivo desenvolver e validar uma metodologia numérica para análise térmica e mecânica do UHPFRC por meio do Método dos Elementos Finitos, investigando técnicas de homogeneização térmica e estratégias para representar a degradação mecânica induzida pelo aquecimento. Para isso, foram implementados modelos tridimensionais no software Abaqus com geração automatizada da distribuição espacial das fibras por scripts em Python, considerando diferentes frações volumétricas e coeficientes médios de orientação. A análise térmica comparou um modelo bifásico, com representação explícita das fibras, a diferentes modelos homogêneos obtidos por técnicas de homogeneização. A resposta mecânica foi simulada utilizando o modelo Concrete Damaged Plasticity para o concreto e um modelo elastoplástico equivalente para o arrancamento das fibras, incorporando ainda a degradação das propriedades mecânicas em função da temperatura. Os resultados mostraram que a combinação do modelo de Maxwell para a condutividade térmica com a regra de mistura ponderada pela densidade para o calor específico reproduziu satisfatoriamente o comportamento do modelo bifásico, reduzindo significativamente o custo computacional. O modelo mecânico também apresentou boa concordância com resultados experimentais, representando adequadamente as curvas tensão– deformação e a perda de resistência residual após aquecimento. Conclui-se que a metodologia proposta constitui uma ferramenta eficiente para a análise termomecânica do UHPFRC e pode contribuir para o desenvolvimento de modelos computacionais mais precisos e economicamente viáveis para aplicações estruturais submetidas a elevadas temperaturas.
Resumen : Ultra-High Performance Fiber-Reinforced Concrete (UHPFRC) has emerged as a promising structural material due to its high mechanical strength, durability, and ability to maintain post-cracking performance. However, its numerical modeling still faces challenges related to the high computational cost of explicitly representing steel fibers and accurately reproducing the residual behavior after exposure to elevated temperatures. In this context, this study aims to develop and validate a numerical methodology for the thermal and mechanical analysis of UHPFRC using the Finite Element Method, investigating thermal homogenization techniques and strategies to represent temperature-induced mechanical degradation. Three-dimensional models were implemented in Abaqus, with the spatial distribution of steel fibers automatically generated through Python scripts, considering different fiber volume fractions and average orientation coefficients. The thermal analysis compared a biphasic model with explicit fiber representation to several homogeneous models based on different homogenization techniques. The mechanical response was simulated using the Concrete Damaged Plasticity model for concrete and an equivalent elastoplastic pullout model for steel fibers, while also incorporating temperature-dependent degradation of the mechanical properties. The results showed that combining Maxwell’s model for thermal conductivity with the density-weighted rule of mixtures for specific heat accurately reproduced the behavior of the biphasic model while significantly reducing computational cost. The mechanical model also showed good agreement with experimental results, successfully reproducing the stress–strain response and the residual strength degradation after thermal exposure. It is concluded that the proposed methodology provides an efficient tool for the thermomechanical analysis of UHPFRC and can contribute to the development of more accurate and computationally efficient numerical models for structural applications subjected to elevated temperatures.
Palabras clave : UHPFRC
Fibras de aço
Elementos finitos
Homogeneização térmica
Concrete damaged plasticity
Altas temperaturas
Steel fibers
Finite element method
Thermal homogenization
Elevated temperatures
CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA CIVIL
Idioma: por
País: Brasil
Editorial : Universidade Federal de Juiz de Fora (UFJF)
Sigla de la Instituición: UFJF
Departamento: Faculdade de Engenharia
Programa: Programa de Pós-graduação em Engenharia Civil (PEC)
Clase de Acesso: Acesso Aberto
Attribution 3.0 Brazil
Licenças Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by/3.0/br/
URI : https://repositorio.ufjf.br/jspui/handle/ufjf/21417
Fecha de publicación : 8-jul-2026
Aparece en las colecciones: Mestrado em Engenharia Civil (Dissertações)



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