Numerical analysis of mechanical damage on concrete under high temperatures

Abstract Concrete is a widespread material all over the world. Due to this material’s heterogeneity and structural complexity, predicting the behavior of concrete structures under extreme environmental conditions is a very challenging task. High temperatures lead to microstructural changes which affect the macrostructural performance. In this context, computational tools that allow the simulation of structures may assist the analysis, by reproducing varied situations of thermal and mechanical loading and boundary conditions. In order to contribute to this scenario, this study proposes a numerical methodology to simulate the thermomechanical behavior of concrete under temperature gradients, through inverse analyses and a user subroutine implemented in Abaqus software. Thermal loading effects were considered as loading data for a damage model. Experimental data available in the literature was adopted for adjustment and validation purposes. The preliminary results presented herein encourage further improvements so as to allow realistic simulations of such an important aspect of concrete’s behavior. Resumo O concreto é um material difundido e utilizado mundialmente. Devido à heterogeneidade e complexidade estrutural desse material, prever o comportamento de estruturas de concreto sob condições ambientais extremas é uma tarefa bastante difícil. Altas temperaturas provocam alterações microestruturais que afetam o desempenho macroestrutural. Nesse contexto, ferramentas computacionais que permitem a simulação de estruturas podem ser de grande ajuda, reproduzindo diversas situações de carregamento térmico e mecânico e condições de contorno. Visando contribuir com este cenário, este estudo propõe uma metodologia numérica para simular o comportamento termomecânico do concreto sob gradientes de temperatura, através de análises inversas e de uma subrotina de usuário implementada no software Abaqus. Os efeitos do carregamento térmico foram considerados como dados de carregamento para um modelo de dano. Dados experimentais disponíveis na literatura foram adotados para fins de ajuste e validação. Os resultados preliminares aqui apresentados encorajam melhorias adicionais, de modo a permitir simulações realistas de um aspecto tão importante do comportamento do concreto.