Model generalisane plastičnosti kod nelinearne analize prostornih okvirnih konstrukcija

Abstract

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...