Evaluación del comportamineto de conectores tipo canal en sistemas de entrepiso con steeldeck y viguetas en celosía por medio de simulación computacional por elementos finitos - NAVARRETE CHAPARRO, JENNY PAOLA (Ingeniería Estructural, 2024)
El presente trabajo de investigación se enfocó en la evaluación del comportamiento mecánico de los conectores de cortante tipo canal en un sistema de entrepiso compuesto con lámina steeldeck y viguetas en celosía, mediante la simulación numérica del ensayo de corte directo utilizando el método de los elementos finitos. Esta investigación pretende ofrecer una solución ágil y eficaz para evaluar la resistencia máxima de los conectores. Se busca la posibilidad de simplificar los programas experimentales tanto en investigaciones futuras similares como en proyectos constructivos. Adicionalmente, se presenta una descripción detallada del procedimiento para realizar la simulación numérica de estos entrepisos mediante el uso de herramientas computacionales. Adicional, se exponen diversas opciones de análisis que pueden abordase en este proceso. Para la simulación numérica se utilizó el software de análisis estructural Ansys Workbench. Las variables consideradas incluyeron la geometría del conector, el espesor de la losa de concreto y las propiedades mecánicas de los materiales. Para los modelos constitutivos de los materiales se empleó el modelo de Endurecimiento Isotrópico Multilineal para el acero, que permitió representar con precisión el comportamiento no lineal y la capacidad de deformación. En cuanto al concreto, se utilizó el modelo de Menetrey Willam, que tuvo en cuenta la disminución de resistencia debido al inicio de la fisuración del concreto. En una primera fase, se desarrolló un modelo determinista que consistió en la simulación numérica de ocho series de probetas que se ensayaron a corte directo. La validación de este modelo numérico se llevó a cabo mediante la comparación de los resultados obtenidos con los datos experimentales correspondientes y las fórmulas propuestas. Posteriormente se formuló un modelo estocástico, donde se simularon treinta probetas y se realizó un análisis estadístico de los resultados, lo que permitió obtener un intervalo de confianza para la capacidad de los conectores. Los resultados fueron satisfactorios para ambos modelos numéricos formulados. Finalmente, se realizaron ejemplos de aplicación para estimar el valor esperado de la resistencia máxima de los conectores de cortante en nuevas configuraciones del sistema compuesto de entrepiso. En estos ejemplos se variaron los valores de la resistencia a compresión del concreto, la resistencia a tensión del perfil tipo canal, la altura de la losa y la longitud del conector. El propósito fue predecir la influencia de estas variables en el rendimiento de los conectores y validar el modelo numérico.

The present research focused on evaluating the mechanical behavior of channel-type shear connectors in a composite floor system with steeldeck and lattice joists, through numerical simulation of direct shear testing using the finite element method. This study aims to provide an agile and effective solution to assess the maximum strength of the connectors, seeking the possibility of simplifying experimental programs in both similar future research and construction projects. Additionally, a detailed description of the procedure for numerical simulation of these floor systems using computational tools is provided. Furthermore, various analysis options that can be addressed in this process are presented. For numerical simulation, the structural analysis software Ansys Workbench was used. The considered variables included the connector geometry, the thickness of the concrete slab, and the mechanical properties of the materials. The Multilinear Isotropic Hardening model was employed for steel constitutive models, accurately representing nonlinear behavior and deformation capacity. For concrete, the Menetrey Willam model was used, taking into account the strength reduction due to concrete cracking. In a first phase, a deterministic model was developed, consisting of numerical simulation of eight sets of specimens tested under direct shear. Validation of this numerical model was carried out by comparing the obtained results with corresponding experimental data and proposed formulas. Subsequently, a stochastic model was formulated, where thirty specimens were simulated, and a statistical analysis of the results was conducted, yielding a confidence interval for the connectors' capacity. The results were satisfactory for both formulated numerical models. Finally, application examples were conducted to estimate the expected value of the maximum strength of shear connectors in new configurations of the composite floor system. In these examples, values of concrete compression strength, tension strength of the channel-type profile, slab height, and connector length were varied to predict the influence of these variables on the system response and validate the numerical model.
Evaluation Of The Behavior Of Channel Type Connectors In Composite Systems With Steeldeck And Lattice Joists By Means Of Computational Simulation By Finite Elements
Índice 1. Capítulo 1 Introducción 1.1. Marco Teórico 1.1.1. Sección Compuesta 1.1.2. Conectores de Cortante 1.1.3. Ensayo Push-Out 1.1.4. Modelos Constitutivos de los Materiales 1.1.5. Tipo de Elementos 1.1.6. Tipos de Contactos 1.2. Antecedentes 1.2.1. Investigaciones Nacionales 1.2.2. Investigaciones Internacionales 1.3. Objetivos 1.3.1. Objetivo General 1.3.2. Objetivos Específicos 2. Capítulo 2 Modelo Determinista 2.1. Recopilación de Datos Experimentales 2.2. Modelos Constitutivos de los Materiales 2.2.1. Concreto 2.2.2. Acero 2.3. Construcción de los Modelos de Calibración 2.3.1. Modelo de Calibración No. 1 2.3.2. Modelo de Calibración No. 2 2.3.3. Modelo de Calibración No. 3 2.4. Preproceso 2.4.1. Asignación de los materiales 2.4.2. Discretización de la geometría 2.4.3. Modelos para las Interfaces 2.4.4. Generación del Mallado 2.4.5. Condiciones de Frontera 2.5. Postproceso 2.5.1. Serie 1 2.5.2. Serie 2 2.5.3. Serie 3 2.5.4. Serie 4 2.5.5. Serie 5 2.5.6. Serie 6 2.5.7. Serie 7 2.5.8. Serie 8 2.6. Análisis de Resultados 2.6.1. Reporte de Resultados 2.6.2. Modos de Falla 3. Capítulo 3 Modelo Estocástico 2.7. Selección de las Variables Estocásticas 2.8. Distribuciones de Probabilidad 2.8.1. Distribución para la Resistencia a la Compresión del Concreto 2.8.2. Distribución para la Resistencia a la Tensión de los Conectores 2.9. Reglas de Simulación Estocástica 2.10. Preproceso 2.10.1. Geometría y Datos de Entrada 2.11. Postproceso 2.12. Análisis de Resultados 4. Capítulo 4 Ejemplos de Aplicación 2.13. Ejemplo de Aplicación No. 1 2.14. Ejemplo de Aplicación No. 2 2.15. Ejemplo de Aplicación No. 3 2.16. Ejemplo de Aplicación No. 4 5. Conclusiones 6. Bibliografía
Keywords: ensayo push-out; ensayo de corte directo; simulación numérica; sección compuesta; conector de cortante canal; método de los elementos finitos.