Search

The paper presents nonlinear analysis of square CFT columns using distributed plasticity fiber elements. Behaviour of CFT columns is nonlinear and it is necessary to include different nonlinear effects into the numerical model in order to simulate their behaviour properly. Model proposed in this work considers: nonlinear behaviour of concrete and steel using nonlinear stress-strain models, confinement effect and geometrical nonlinearities. Tests exposed to static loading with different slenderness, different D/t ratio (where D is the total dimension of a cross section and t is the thickness of steel tube) and different loading conditions are analyzed. Stress-strain models that best approximate the behaviour of CFT columns are determined from a detailed parametric study. The proposed numerical model is validated by comparing numerical with experimental results available in the literature. U radu je prikazana nelinearna analiza kvadratnih CFT stubova, pomoću fiber konačnog elemenata raspodeljene plastičnosti. CFT stubove karakteriše nelinearno ponašanje, što je potrebno imati u vidu u numeričkom modelu. Model predložen u ovom radu uzima u obzir sledeće nelinearne uticaje: nelinearno ponašanje betona i čelika primenom odgovarajućih konstitutivnih relacija, efekat utezanja betona i geometrijske nelinearnosti. Analizirani su uzorci izloženi delovanju statičkog opterećenja koji imaju različitu vitkost, odnos D/t (odnos ukupne dimenzije čeličnog profila [D] i debljine čeličnog profila [t]), kao i uzorci izloženi različitim tipovima naprezanja. Na osnovu parametarske analize, određeni su modeli materijala za čelik i beton, kao i njihovi parametri koji najbolje aproksimiraju ponašanje CFT stubova. Tačnost modela proverena je zatim i upoređivanjem sa eksperimentalnim podacima dostupnim u literaturi.

Predmet disertacije je efikasna nelinearna analiza okvirnih konstrukcija grednim konačnim elementima sa težištem na modeliranju materijalnih nelinearnosti. Geometrijska nelinearnost se uzima u obzir poznatim metodama. U tezi su analizirana i unapređena dva gredna konačna elementa: fiber element i element koncentrisane plastičnosti i napisan je sopstveni kompjuterski program kojim su elementi implementirani u postojeći open-source program za analizu konstrukcija – FEDEASLab. Tokom rada na tezi, ostvareni su sledeći ciljevi. Izvršena je optimizacija integracije poprečnog preseka čeličnih i armirano-betonskih elemenata u cilju poboljšanja efikasnosti fiber elemenata kako pri cikličnom pseudo-statičkom opterećenju, tako i pri nelinearnoj dinamičkoj analizi pojedinih delova i čitave konstrukcije. Formulisana su praktična pravila i definisane jasne smernice za diskretizaciju poprečnog preseka čeličnog I profila i pravougaonog armiranobetonskog preseka, u zavisnosti od vrste analize koja se sprovodi i željene tačnosti. Razvijen je novi konačni elementa iz grupe elemenata koncentrisane plastičnosti koji prevazilazi ograničenja postojećeg elasto-plastičnog elementa kao što su nemogućnost opisivanja postepene plastifikacije poprečnog preseka i opisivanja ponašanja materijala sa ojačanjem. Pri tome, element je zadržao svoju veliku kompjutersku efikasnost koja je osnovna prednost elemenata koncentrisane plastičnosti. Za određivanje stanja elementa razvijena su dva algoritma prema “general closest point projection” i “convex cutting plane” return mapping algoritmima i analizirana je zavisnost konvergencije od implementiranog algoritma. Mogućnosti novog elementa za modeliranje okvirnih konstrukcija pri delovanju statičkog i dinamičkog opterećenja su potvrđene kroz niz numeričkih primera. Specijalna pažnja je posvećena primeni novog GP elementa za modeliranje CFT stubova spregnutih konstrukcija... The objective of this study is the efficient nonlinear analysis of space frames with beam/column finite elements considering material nonlinearity. Geometric nonlinearity is taken into account using known methods. Two different nonlinear beam/column elements are analyzed and improved: a fiber element and a concentrated plasticity element. Own computer code is written and implemented into the existing matlab toolbox for nonlinear structural analysis – FEDEASLab. During this study, the following objectives are achieved. By the optimization of the number and position of material integration points at monitored steel and reinforced concrete cross-sections, the significant improvement in efficiency of the fiber beam-column element under cyclic static and dynamic loading conditions is gained. The practical rules for an efficient discretization of steel wide-flange sections and rectangular reinforced-concrete sections are defined, depending on the desired level of accuracy and the type of analysis. In addition, the new three-dimensional nonlinear beam-column element is formulated. The element is of concentrated plasticity type and overcomes the common limitations of the existing elasto-plastic elements, such as the inability to describe gradual plastification of a cross-section and the hardening behavior. Also, the element keeps its high computational efficiency which is one benefit of concentrated plasticity elements. Two algorithms for element state determination are developed in accordance with the general closest point and convex cutting plane return mapping algorithms. Their influence on element convergation is studied. The ability of the element to simulate frame behavior is confirmed on a number of numerical examples. The special attention is devoted to model CFT composite column behavior...

Predmet disertacije je efikasna nelinearna analiza okvirnih konstrukcijagrednim konačnim elementima sa težištem na modeliranju materijalnihnelinearnosti. Geometrijska nelinearnost se uzima u obzir poznatim metodama.U tezi su analizirana i unapređena dva gredna konačna elementa: fiber elementi element koncentrisane plastičnosti i napisan je sopstveni kompjuterskiprogram kojim su elementi implementirani u postojeći open-source program zaanalizu konstrukcija – FEDEASLab.Tokom rada na tezi, ostvareni su sledeći ciljevi. Izvršena je optimizacijaintegracije poprečnog preseka čeličnih i armirano-betonskih elemenata u ciljupoboljšanja efikasnosti fiber elemenata kako pri cikličnom pseudo-statičkomopterećenju, tako i pri nelinearnoj dinamičkoj analizi pojedinih delova i čitavekonstrukcije. Formulisana su praktična pravila i definisane jasne smernice zadiskretizaciju poprečnog preseka čeličnog I profila i pravougaonog armiranobetonskogpreseka, u zavisnosti od vrste analize koja se sprovodi i željenetačnosti. Razvijen je novi konačni elementa iz grupe elemenata koncentrisaneplastičnosti koji prevazilazi ograničenja postojećeg elasto-plastičnog elementakao što su nemogućnost opisivanja postepene plastifikacije poprečnog preseka iopisivanja ponašanja materijala sa ojačanjem. Pri tome, element je zadržao svojuveliku kompjutersku efikasnost koja je osnovna prednost elemenatakoncentrisane plastičnosti. Za određivanje stanja elementa razvijena su dvaalgoritma prema “general closest point projection” i “convex cutting plane”return mapping algoritmima i analizirana je zavisnost konvergencije odimplementiranog algoritma. Mogućnosti novog elementa za modeliranjeokvirnih konstrukcija pri delovanju statičkog i dinamičkog opterećenja supotvrđene kroz niz numeričkih primera. Specijalna pažnja je posvećena primeninovog GP elementa za modeliranje CFT stubova spregnutih konstrukcija... The objective of this study is the efficient nonlinear analysis of space frameswith beam/column finite elements considering material nonlinearity.Geometric nonlinearity is taken into account using known methods. Twodifferent nonlinear beam/column elements are analyzed and improved: a fiberelement and a concentrated plasticity element. Own computer code is writtenand implemented into the existing matlab toolbox for nonlinear structuralanalysis – FEDEASLab.During this study, the following objectives are achieved. By the optimization ofthe number and position of material integration points at monitored steel andreinforced concrete cross-sections, the significant improvement in efficiency ofthe fiber beam-column element under cyclic static and dynamic loadingconditions is gained. The practical rules for an efficient discretization of steelwide-flange sections and rectangular reinforced-concrete sections are defined,depending on the desired level of accuracy and the type of analysis. In addition,the new three-dimensional nonlinear beam-column element is formulated. Theelement is of concentrated plasticity type and overcomes the commonlimitations of the existing elasto-plastic elements, such as the inability todescribe gradual plastification of a cross-section and the hardening behavior.Also, the element keeps its high computational efficiency which is one benefitof concentrated plasticity elements. Two algorithms for element statedetermination are developed in accordance with the general closest point andconvex cutting plane return mapping algorithms. Their influence on elementconvergation is studied. The ability of the element to simulate frame behavior isconfirmed on a number of numerical examples. The special attention is devotedto model CFT composite column behavior...

Predmet disertacije je određivanje aksijalne nosivosti i stabilnosti kružnih šupljih čeličnihprofila ispunjenih betonom, u daljem CFT stubovi (eng. Concrete Filled Tubes).Problem istraživanja je određivanje stabilnosti CFT stubova, uzimajući u obzir krutostveze. Ovaj problem se javlja u ''top down'' metodi gradnje, kada se nakon izvođenja šipovau koje su ubetonirani CFT stubovi i tavanice na koti 0.00, vrši iskop ispod izvedenetavanice i izvođenje nadzemnog dela konstrukcije. U takvoj situaciji postavlja se pitanjenosivosti i stabilnosti CFT stubova koji se vezuju sa izvedenim šipovima na osnovu koga sedefiniše moguć iskop i izgradnja nadzemnog dela konstukcije...