Prediction of the ultimate capacity of reinforced concrete elements using nonlinear analysis methodologies

Abstract This work aims to investigate the ultimate capacity of reinforced concrete elements in terms of cracking and stiffness loss. Nonlinear finite element analysis (NLFEA) was performed in the ATENA software and compared with a proposed numerical simulation of nonlinear static analysis (NLSA), where material cracking is evaluated based on the loss of tangent stiffness of the elements. The analysis was applied to a low-rise reinforced concrete frame with constant axial loads in the columns, and monotonic lateral load applied at the top beam level. Both methodologies showed good agreement regarding the capacity curve and crack patterns, and the numerical simulation NLSA allowed the identification of the sequence of elements' stiffness loss. The results indicated a substantial similarity between the numerical simulation NLFEA and NLSA and the experimental test, indicating a high potential in predicting the nonlinear behavior of reinforced concrete. Resumo Este trabalho tem como objetivo investigar a capacidade última de elementos em concreto armado em termos de fissuração e perda de rigidez. Uma análise não linear via método dos elementos finitos (MEF) foi realizada no programa ATENA e comparada com uma simulação numérica de análise estática não linear (AENL), onde a fissuração do material é avaliada com base na perda de rigidez tangente dos elementos. As análises foram aplicadas a um pórtico em concreto armado com cargas axiais constantes nos pilares, e carga lateral monotônica aplicada na viga superior. Ambas as metodologias mostraram boa concordância em relação à curva de capacidade e panorama de fissuração, e a simulação numérica AENL permitiu identificar a sequência de perda de rigidez dos elementos. Os resultados indicaram grande semelhança entre a simulação numérica FEM e AENL e ensaio experimental, indicando um alto potencial para prever o comportamento não linear do concreto armado.