PRAVDĚPODOBNOSTNÍ NELINEÁRNÍ VÝPOČTOVÁ MECHANIKA PRO PREDIKCI MECHANICKÉ ODEZVY KONSTRUKCÍ

Ing. Özgür Yurdakul

Doctoral thesis

PROBABILISTIC NONLINEAR COMPUTER SIMULATIONS FOR REALISTIC PREDICTION OF STRUCTURAL RESPONSE

Abstract:

Práce studuje vliv nejistot materiálových vlastností na mechanickou odezvu (poddimenzovaných) prvků železobetonových konstrukcí, který je vyšetřovaný pomocí stochastického přístupu s využitím experimentálně validovaných MKP modelů a vhodné simulační metody (LHS). Ve vybraných případech byl také aplikován koncept náhodných polí pro simulaci rozložení mechanických vlastností betonu ve studovaných konstrukčních prvcích. Součástí jednotlivých studií je také citlivostní analýza. Nastíněný přístup je aplikován na tři vybrané konstrukční železobetonové prvky, které nesplňují aktuální normové předpisy (nedostatečné vyztužení či nízké hodnoty materiálových vlastností užitých betonů), ovšem jejichž výskyt byl v hojné míře prokázán v mnoha zemích. Prvním příkladem je nosník s nedostatečnou smykovou výztuží. Zaznamenané chování/poškození nosníku je také porovnáno s dostatečně vyztuženým, resp. předimenzovaným nosníkem. Druhý případ představuje poddimenzovaný styk sloupu a průvlaku namáhaný cyklickým zatížením, přičemž jsou zkoumány i možnosti sanace pomocí externích polymerních lamel na bázi uhlíkových vláken. Třetí vyšetřovaný případ představuje soubor experimentů a numerických modelů zaměřených na stanovení soudržnosti výztuže a betonu dle postupu RILEM. Ve všech popsaných případech je výsledná odezva studována experimentálně i numericky, přičemž stochastický přístup dobře postihuje reálné chování vyšetřovaných prvků.

Abstract:

The effect of inherent uncertainties in material properties on the global response of substandard reinforced concrete (RC) structural members was investigated by the stochastic study. An experimentally validated finite element model (FEM) was, therefore, combined with a suitable stochastic sampling technique (Latin Hypercube Sampling (LHS)). Then, the effect of inherent uncertainties on the material mechanical properties was studied by uncertainty analysis, while the uneven distribution of concrete mechanical properties over the specimen was accurately characterized by random fields theory. The partial correlation coefficient between material parameters and response variables was also evaluated to outline the parameters which mainly contribute to the global response (i.e., sensitivity analysis). Such an advanced modelling strategy was implemented on three different testing programs comprising RC members designed with structural details and material properties non-conforming to current codes and guidelines. The first testing program deals with experimental performance of an over-reinforced and shear critical beams together with stochastic assessments of beam members via computational stochastic mechanics. The effect of uncertainties on the response of shear critical and carbon fiber reinforced polymer (CFRP) retrofitted beam-column joints, which were selected from available testing programs in the literature, was also discussed. The stochastic-based numerical prediction of beam-type RILEM bond specimens characterized variability in the identical tests satisfactorily. Owing to the more realistic assessment capability of the stochastic-based nonlinear finite element (FE) analysis, the global response of the substandard RC members (over-reinforced and shear critical beams; shear critical and CFRP retrofitted beam-column joints; beam-type RILEM bond specimens) was accurately reproduced.

Keywords

Železobeton, Poddimenzování, Citlivost, Stochastické posouzení, Metoda konečných prvků, Nelineární analýza, Nejistota, Náhodná pole

Language used: Czech

Date on which the thesis was submitted / produced: 26. 9. 2019

Accessible from:: 31. 12. 2999

Thesis defence

• Supervisor: Ing. Ladislav Řoutil, Ph.D.

University of Pardubice

Faculty of Transport Engineering

Doctoral programme / field:
Technique and Technology in Transport and Communications / Transport Means and Infrastructure