GEOMETRIC AND MATERIAL NONLINEAR ANALYSIS OF  BEAM–SOIL INTERACTION SYSTEMS

Kampitsis, Andreas; Καμπίτσης, Ανδρέας

dc.contributor.author	Kampitsis, Andreas	en
dc.contributor.author	Καμπίτσης, Ανδρέας	el
dc.date.accessioned	2014-11-10T10:28:50Z
dc.date.available	2014-11-10T10:28:50Z
dc.date.issued	2014-11-10
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/39558
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.1319
dc.rights	Default License
dc.subject	Geometric Nonlinearity	en
dc.subject	Beam-Soil Interaction	en
dc.subject	Material Nonlinearity	en
dc.subject	Shear Deformation	en
dc.subject	Analog Equation and Boundary Element Method	en
dc.subject	Αλληλεπίδραση Δοκού Εδάφους	el
dc.subject	Γεωμετρική Μη Γραμμικότητα	el
dc.subject	Ανελαστική Ανάλυση	el
dc.subject	Μέθοδος Αναλογικής Εξίσωσης και Συνοριακών Στοιχείων	el
dc.subject	Διατμητική Παραμόρφωση	el
dc.title	GEOMETRIC AND MATERIAL NONLINEAR ANALYSIS OF BEAM–SOIL INTERACTION SYSTEMS	en
dc.contributor.department	STRUCTURAL ENGINEERING	el
heal.type	doctoralThesis
heal.secondaryTitle	ΓΕΩΜΕΤΡΙΚΑ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΚΑΙ ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΣΥΣΤΗΜΑΤΩΝ ΑΛΛΗΛΕΠΙΔΡΑΣΗΣ ΔΟΚΟΥ–ΕΔΑΦΟΥΣ	el
heal.generalDescription	In this Ph.D. dissertation the geometric and material nonlinear analysis of beam-soil interaction systems is investigated. More specifically, the geometrically nonlinear static and dynamic analysis of shear deformable beams supported on nonlinear foundation is presented. Subsequently, the study is further extended to account for material nonlinearity in static response, where both the structural member and the soil medium are assumed to be inelastic. Finally the attention is drawn to the dynamic time domain analysis of beam-soil interaction systems taking into account geometric and material nonlinearities. The geometrical nonlinearity is taken into consideration through the Total Lagrangian formulation and the large displacements - small strains assumption. Shear deformation effect is taken into account using the Timoshenko beam theory, evaluating the shear deformation coefficients by using an energy approach. The material nonlinearity is treated through a displacement based formulation taking into account inelastic redistribution along the beam axis. Inelastic deformations are modelled through a distributed plasticity (fibre) model exploiting three dimensional material constitutive laws. The nonlinear half-space is approximated by nonlinear spring configurations, where interface nonlinearity is also taken into consideration. The obtained boundary value and initial boundary value problems are numerically solved employing the Boundary Element Method, the Analog Equation Method and the Domain Boundary Element Method. On the basis of the developed analytical and numerical procedures, representative examples are studied. The accuracy and reliability of the proposed method are confirmed through existing numerical and experimental results, as well as through results obtained from solid and shell Finite Element analyses.	en
heal.classification	Structural engineering	en
heal.language	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2014-11-04
heal.abstract	Η παρούσα διδακτορική διατριβή αποτελεί συμβολή στη γεωμετρικά μη γραμμική και ανελαστική ανάλυση συστημάτων αλληλεπίδρασης δοκού – εδάφους. Συγκεκριμένα, διατυπώνονται καινοτόμες θεωρίες δοκού και αναπτύσσονται προηγμένες μεθοδολογίες για τη διερεύνηση και επίλυση προβλημάτων που συναντώνται στην επιστήμη του μηχανικού. Η παρούσα ερευνητική προσπάθεια στοχεύει επίσης στην απόκτηση νέων γνώσεων σχετικά με την επίδραση μη γραμμικών φαινομένων στην ολική απόκριση του συστήματος. Για το σκοπό αυτό μελετάται και επιλύεται σειρά προβλημάτων μη γραμμικής ανάλυσης δοκού τυχούσας διπλά συμμετρικής διατομής, εδραζόμενης επί μη γραμμικού εδάφους. Η προσομοίωση του δομικού στοιχείου γίνεται με εφαρμογή της μονοδιάστατης θεωρίας δοκού, ενώ του εδαφικού μέσου υλοποιήθηκε με ποικίλους μη γραμμικούς ελατηριωτούς σχηματισμούς, όπου λαμβάνεται υπόψη και η μη γραμμικότητα διεπιφάνειας. Αρχικά, διερευνάται η γεωμετρικά μη γραμμική στατική και δυναμική ελαστική ανάλυση δοκών επί μη γραμμικού εδάφους, λαμβάνοντας υπόψη διατμητικές παραμορφώσεις. Εν συνεχεία, η έρευνα επεκτείνεται στην ανελαστική ανάλυση του προβλήματος, όπου τόσο το εδαφικό μέσο όσο και το δομικό στοιχείο ακολουθούν μη γραμμικούς ανελαστικούς νόμους. Τέλος, μελετάται η γεωμετρικά μη γραμμική και ανελαστική δυναμική απόκριση του συστήματος αλληλεπίδρασης δοκού – εδάφους. Η γεωμετρική μη γραμμικότητα λαμβάνεται υπόψη στα εξεταζόμενα προβλήματα μέσω ολικής διατύπωσης Lagrange και της θεωρίας μεγάλων μετατοπίσεων - μικρών παραμορφώσεων, διατηρώντας τα τετράγωνα των κλίσεων των εγκάρσιων μετατοπίσεων στην έκφραση των ορθών παραμορφώσεων ως προς τη διαμήκη διεύθυνση. Ως εκ τούτου τα προβλήματα αυτά δεν υπόκεινται στους περιορισμούς της γραμμικοποιημένης ανάλυσης δεύτερης τάξης (θεώρηση σταθερής αξονικής δύναμης). Η επιρροή των διατμητικών παραμορφώσεων λαμβάνεται υπόψη με τη βοήθεια της θεωρίας δοκού Timoshenko, η οποία συνυπολογίζει έμμεσα το φαινόμενο αυτό μέσω διορθωτικών συντελεστών διάτμησης. Στην παρούσα διατριβή οι συντελεστές αυτοί υπολογίζονται με εφαρμογή ενεργειακής μεθόδου. Οι πλαστικές παραμορφώσεις προσδιορίζονται μέσω προσομοιώματος κατανεμημένης πλαστικότητας (στοιχείο ινών) χρησιμοποιώντας τρισδιάστατες καταστατικές σχέσεις, ενώ η μαθηματική διατύπωση βασίζεται στη μέθοδο των μετατοπίσεων. Τα μονοδιάστατα και διδιάστατα προβλήματα συνοριακών τιμών και αρχικών συνοριακών τιμών που μορφώνονται επιλύονται αριθμητικά εφαρμόζοντας τη Μέθοδο Συνοριακών Στοιχείων, τη Μέθοδο Αναλογικής Εξίσωσης και την Πεδιακή Μέθοδο Συνοριακών Στοιχείων. Βάσει των αναλυτικών και αριθμητικών διαδικασιών που αναπτύσσονται, μελετώνται αντιπροσωπευτικά αριθμητικά παραδείγματα ιδιαίτερου πρακτικού ενδιαφέροντος. Η ακρίβεια και αξιοπιστία των προτεινόμενων μεθόδων επιβεβαιώνονται με υπάρχουσες αναλυτικές και αριθμητικές λύσεις, πειραματικά αποτελέσματα καθώς και με προσομοιώματα στερεών και κελυφωτών πεπερασμένων στοιχείων.	el
heal.abstract	In this Ph.D. dissertation the geometric and material nonlinear analysis of beam-soil interaction systems is investigated. More specifically, the geometrically nonlinear static and dynamic analysis of shear deformable beams supported on nonlinear foundation is presented. Subsequently, the study is further extended to account for material nonlinearity in static response, where both the structural member and the soil medium are assumed to be inelastic. Finally the attention is drawn to the dynamic time domain analysis of beam-soil interaction systems taking into account geometric and material nonlinearities. The geometrical nonlinearity is taken into consideration through the Total Lagrangian formulation and the large displacements - small strains assumption. Shear deformation effect is taken into account using the Timoshenko beam theory, evaluating the shear deformation coefficients by using an energy approach. The material nonlinearity is treated through a displacement based formulation taking into account inelastic redistribution along the beam axis. Inelastic deformations are modelled through a distributed plasticity (fibre) model exploiting three dimensional material constitutive laws. The nonlinear half-space is approximated by nonlinear spring configurations, where interface nonlinearity is also taken into consideration. The obtained boundary value and initial boundary value problems are numerically solved employing the Boundary Element Method, the Analog Equation Method and the Domain Boundary Element Method. On the basis of the developed analytical and numerical procedures, representative examples are studied. The accuracy and reliability of the proposed method are confirmed through existing numerical and experimental results, as well as through results obtained from solid and shell Finite Element analyses.	en
heal.advisorName	Σαπουντζάκης, Ευάγγελος	el
heal.advisorName	Sapountzakis, Evangelos	en
heal.committeeMemberName	Sapountzaki, Evangelos	el
heal.committeeMemberName	Gazetas, George	en
heal.committeeMemberName	Koumousis, Vlasis	en
heal.committeeMemberName	Papadrakakis, Manolis	el
heal.committeeMemberName	Gantes, Charis	en
heal.committeeMemberName	Gerolymos, Nikos	en
heal.committeeMemberName	Lagaros, Nikos	en
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	411
heal.fullTextAvailability	true