Ανάλυση Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος
Υποβαλλόμενων σε Ισχυρές Ανακυκλιζόμενες
Φορτίσεις με Ομαλά Κατασταστικά Προσομοιώματα

Γκιμούσης, Ηλίας; Gkimousis, Ilias

dc.contributor.author	Γκιμούσης, Ηλίας	el
dc.contributor.author	Gkimousis, Ilias	en
dc.date.accessioned	2017-03-15T09:01:09Z
dc.date.available	2017-03-15T09:01:09Z
dc.date.issued	2017-03-15
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44624
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.2626
dc.rights	Default License
dc.subject	Οπλισμένο Σκυρόδεμα	el
dc.subject	μη Γραμμική Ανάλυση	el
dc.subject	Θεωρία Πλαστικότητας	el
dc.subject	Θεωρία Βλαβών	el
dc.subject	Πεπερασμένα Στοιχεία	el
dc.subject	Reinforced Concrete	en
dc.subject	Nonlinear Analysis	en
dc.subject	Plasticity Theory	en
dc.subject	Damage Theory	en
dc.subject	Finite Elements	en
dc.title	Ανάλυση Κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος Υποβαλλόμενων σε Ισχυρές Ανακυκλιζόμενες Φορτίσεις με Ομαλά Κατασταστικά Προσομοιώματα	el
dc.title	Modeling Reinforced Concrete Structures under Severe Cyclic Loading Incorporating Plasticity and Damage Models	en
dc.contributor.department	Εργαστήριο Στατικής και Αντισεισμικών Ερευνών	el
heal.type	doctoralThesis
heal.classification	Δομική Μηχανική	el
heal.classification	Αντισεισμική Μηχανική	el
heal.classification	Structural Engineering	en
heal.classification	Computational Mechanics	en
heal.classification	Earthquake Engineering	en
heal.classification	Υπολογιστική Μηχανική	el
heal.language	en
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2017-03-02
heal.abstract	Οι σύγχρονες εξελίξεις στο χώρο της υπολογιστικής και αντισεισμικής μηχανικής έχουν καταστήσει ικανή την ανάπτυξη και εφαρμογή υψηλής απόδοσης πεπερασμένων στοιχείων δοκού-υποστυλώματος για την αριθμητική περιγραφή της σεισμικής απόκρισης κατασκευών Οπλισμένου Σκυροδέματος (ΟΣ). Σε αυτό το πλαίσιο, ο σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η προσομοίωση μελών ΟΣ υποβαλλόμενων σε ισχυρές ανακυκλιζόμενες φορτίσεις με αποδοτικά υπολογιστικά τρόπο. Για το σκοπό αυτό αναπτύσσονται μονοαξονικά καταστατικά προσομοιώματα βασιζόμενα στις θεωρίες της πλαστικότητας και βλαβών και έπειτα ενσωματώνονται σε ένα στοιχείο δοκού-υποστυλώματος ινών το οποίο διατυπώνεται με βάση το ενεργειακό συναρτησιακό δύο πεδίων Hellinger-Reissner. Σύμφωνα με τα παραπάνω, αναπτύσσεται ένα μονοαξονικό προσομοίωμα για τις ράβδους οπλισμού σε όρους τάσεων-παραμορφώσεων. Το μοντέλο ενσωματώνει μη-γραμμική κινηματική και ισοτροπική κράτυνση, το πλατό διαρροής, το φαινόμενο Bauschinger, ενώ αντιμετωπίζει το πρόβλημα των σύντομων αποφορτίσεων-επαναφορτίσεων διατηρώντας πλήρως τη μνήμη του μη-γραμμικού δρόμου φόρτισης. Επίσης, διατυπώνεται το πρόβλημα του ανελαστικού λυγισμού το οποίο αποκτά μεγάλη σημασία στους τελευταίους κύκλους της εναλλασσόμενης φόρτισης. Η κάθε ράβδος διακριτοποιείται σε λωρίδες, καθεμία από τις οποίες περιγράφεται με το μονοαξονικό νόμο του χάλυβα.Στη συνέχεια, η καμπύλη λυγισμού περιγράφεται αναλυτικά ενώ η ισορροπία επιβάλεται στην παραμορφωμένη κατάσταση. Τέλος, το προσομοίωμα των ράβδων οπλισμού τεκμηριώνεται με πειραματικά δεδομένα και λοιπά προσομοιώματα της βιβλιογραφίας. Παράλληλα, αναπτύσσεται ένα ομαλό, μονοαξονικό προσομοίωμα σκυροδέματος το οποίο συνδυάζει την πλαστικότητα με τη μηχανική των βλαβών. Το προσομοίωμα είναι ικανό να περιγράψει την ασύμμετρη θλιπτική και εφελκυστική συμπεριφορά, ενώ αντιμετωπίζει επιτυχώς ανακυκλιζόμενα φαινόμενα όπως η μη-γραμμική αποφόρτιση και το φαινόμενο του κλεισίματος/ανοίγματος των ρωγμών. Οι διακριτές εξισώσεις της μηχανικής των βλαβών ομαλοποιούνται ακολουθώντας την ίδια μεθοδολογία με τις εξισώσεις πλαστικότητας του χάλυβα, καθώς η θεωρίες πλαστικότητας και βλαβών παρουσιάζουν την ίδια μαθηματική δομή. Παρομοίως, το μοντέλο του σκυροδέματος τεκμηριώνεται με πειραματικά δεδομένα σε θλίψη και εφελκυσμό αποδεικνύοντας ότι μπορεί να περιγράψει μακροσκοπικά τους μηχανισμούς αστοχίας της αποφλοίωσης της επικάλυψης και της σύνθλιψης του πυρήνα. Στη συνέχεια, τα μονοαξονικά προσομοιώματα της ράβδου οπλισμού και του σκυροδέματος ενσωματώνονται σε ένα πεπερασμένο στοιχείο δοκού-υποστυλώματος το οποίο βασίζεται στη διακριτοποίηση της διατομής σε ίνες. Ακολουθώντας τη μικτή ενεργειακή μέθοδο δύο πεδίων η αριθμητική επίλυση προκύπτει με βάση τη γραμμικοποιημένη μέθοδο ή την επίλυση με σύστημα διαφορικών εξισώσεων σε μορφή χώρου κατάστασης. Επίσης, ανιχνεύεται η αποφλοίωση της επικάλυψης της διατομής η οποία σηματοδοτεί την απαρχή του φαινομένου του λυγισμού των διαμήκων ραβδών. Τέλος, με την προτεινόμενη μεθοδολογία αναπαράγονται αριθμητικά πειραματικά αποτελέσματα σε κατασκευές ΟΣ, αποδεικνύοντας την ακρίβεια και την αποτελεσματικότητα της.	el
heal.abstract	Recent advances in the field of computation technology and increased requirements in the field of earthquake engineering have led to the development and implementation of highly efficient beam-column elements capable of tracking the hysteretic behavior of Reinforced Concrete (RC) structures. The aim of this dissertation is to model beam-column behavior in a computationally effective manner, reliably revealing the overall response of RC members subjected to intensive cyclic loading. In this respect, plasticity and damage are considered in the predominant longitudinal direction allowing for the derivation of a fiber finite element model which is formulated on the basis of the two-field Hellinger-Reissner energy principle. Following this methodology, a uniaxial local stress-strain constitutive relation for steel rebars is developed, which is based on a combined nonlinear kinematic and isotropic hardening law. The model also incorporates Bauschinger effect, yield plateau and is capable of addressing the overshooting problem after short reversals, maintaining full memory of the loading path. In addition, the effect of inelastic buckling of longitudinal rebars, which becomes essential at later stages of intensive cyclic loading, is incorporated. The rebar cross-section is considered discretized into fibers, each one following the derived stress-strain uniaxial law. The buckling curve is analytically determined while equilibrium is imposed on the deformed configuration. Finally, the proposed formulation is verified with existing experimental data of longitudinal rebars under cyclic loading exhibiting inelastic buckling. In addition, a smooth plasticity-damage model is developed for concrete, accounting for unilateral compressive and tensile behavior, nonlinear unloading and crack-closure phenomena. Softening and stiffness degradation phenomena are handled through a scalar damage-driving variable, which is a function of total strain. Smoothening of the incremental damage behavior is achieved following similar steps to the steel formulation, thus exploiting the common mathematical structure of classical plasticity and damage mechanics. Concrete model is validated in terms of experimental results on concrete specimens under imposed cyclic strain histories and it can efficiently address core crushing and cover spalling failure mechanisms. The uniaxial models for concrete and rebar are employed to derive a fiber beam-column element which is used to assemble the numerical model of frame structures. Following the two-field mixed approach the state determination of the proposed element is numerically investigated following two alternative methods that provide identical results, i.e. a linearization method and a solution in state-space form. Global solution of the entire system in the linearization method is established using a standard Newton-Raphson numerical scheme, which in the inner loop incorporates the evolution equations of all fibers elevated at section, element and structural level. Also, cover spalling, which triggers the inelastic buckling of longitudinal reinforcing bars, is detected as soon as the damage variable of the adjacent concrete fibers exceeds a threshold value. Numerical results that compare well with existing experimental data on RC structures are presented demonstrating the accuracy and efficacy of the proposed formulation.	en
heal.advisorName	Koumousis, Vlasis	en
heal.advisorName	Κουμούσης, Βλάσης	el
heal.committeeMemberName	Κουμούσης, Βλάσης	el
heal.committeeMemberName	Γαντές, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Παπαδόπουλος, Βησσαρίων	el
heal.committeeMemberName	Δρίτσος, Στέφανος	el
heal.committeeMemberName	Σπηλιόπουλος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Ζέρης, Χρήστος	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχάλης	el
heal.academicPublisher	Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	172
heal.fullTextAvailability	true