Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of strengthening a reinforced concrete column head

Krawczyk Łukasz

Materiały Budowlane

|

2025

|

nr 8

18--26

EN

This paper discusses how to strengthen the head of a certain reinforced concrete column. The disadvantages of using CFRP mats for this purpose are described. Alternative solutions, such as the use of external prestressing and Embedded Through‑Section, are presented. Models of the element were made using non‑linear FEM in Atena software. The load‑bearing capacity was determined both in the as‑is condition and after strengthening using Embedded Through‑Section bars. The effectiveness of the proposed solution was proven computationally.

PL

W artykule zaprezentowano sposób wzmocnienia pewnej głowicy słupa żelbetowego. Opisano wady wykorzystania w tym celu mat CFRP. Przedstawiono rozwiązania alternatywne polegające na wykorzystaniu zewnętrznego sprężenia i prętów wklejanych. Wykonano modele elementu, wykorzystując nieliniową MES w programie Atena. Wyznaczono nośność zarówno w stanie zastanym, jak i po wzmocnieniu z wykorzystaniem prętów wklejonych do betonu. Udowodniono obliczeniowo skuteczność zaproponowanego rozwiązania.

2

Reliability and Fire Performance of Built-up (Battened) Cold-formed Steel Columns : Numerical study

Yang Zhao

Eksploatacja i Niezawodność

|

2025

|

Vol. 27, no. 2

art. no. 195810

EN

Cold-formed steel (CFS) columns play a crucial role in modern construction due to their lightweight, prefabricated, and recyclable characteristics, contributing significantly to structural safety and reliability. However, unprotected CFS columns lose their load-bearing capacity within 10-15 minutes under fire conditions. This study reviews recent advancements aimed at improving the fire resistance of CFS columns, focusing on factors such as steel thickness, grade, cross-sectional shape, and fire protection materials. Using ABAQUS software, validated against experimental data, parametric studies reveal that thicker sections and higher-grade steels enhance fire resistance, delaying structural failure. Fire protection strategies, such as plasterboard encasement, further bolster safety. The Complex cross-sectional shape demonstrated the highest load capacity (178.51 kN), while G450 steel outperformed other grades in both load capacity and fire resistance. Columns with 1.95 mm thickness provided the longest failure time (73.49 minutes).

3

Funicular shaping method in the iterative design of reinforced concrete arches with variable cross-sections in urban areas

Stęplowski Tomasz

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2025

|

Vol. 73, nr 6

art. no. e154288

EN

This article presents the application of the funicular design method in an iterative process for reinforced concrete arches with variable cross-sections in urban environments. The study aimed to develop an optimal arch shape through multi-criteria optimization that minimizes tensile stresses, structural deflections and material volume. The geometry adapts to the internal force flow by aligning the spatial configuration and ensuring structural efficiency. The method builds on Hooke’s observation: “As hangs the flexible line, so, but inverted, will stand the rigid arch”. It is further supported by nonlinear numerical analysis conducted using the finite element method that considers second-order effects, creep, concrete shrinkage and geometric imperfections. The results show that the designed arch requires only structural reinforcement, confirming the method’s effectiveness. Various modes of arch stability loss were also evaluated. Such structures are commonly used in urban environments, serving both functional and aesthetic purposes. In the context of rapidly developing cities, this article emphasizes the role of digital transformation in structural design. It presents how graphic statics can be integrated with advanced computational tools to streamline workflows and enhance the design process.

4

Validation of microplane coupled damage-plasticity model with gradient regularization (MCDPMwGR) on prestressed and non-prestressed concrete beams

Kowalski Damian, Gąćkowski Roman, Selejdak Jacek

Archives of Civil Engineering

|

2025

|

Vol. 71, nr 1

241--257

EN

The paper aims validation of a microplane coupled damage-plasticity model with gradient regularization (MCDPMwGR) by simulating concrete behavior in reinforced concrete beams, both prestressed and non-prestressed. It uses experimental data from available papers. Tendons were modelled in a discrete form using one-dimensional finite elements. Prestress force was inflicted by a temperature drop. Contact issues were taken into account, i.e., friction and pressure at the interface between the cable and the duct wall. In the course of the work, it was found that it is possible to obtain satisfactory accuracy of results with the model in use. The adverse effects, present in other models were not observed. These are, among others, overestimate of ultimate load and excessive influence of tensile strength on the ultimate load value. We can observe such effects in plastic models (e.g., Menetrey-Willam or Drucker-Prager model) as well as non-coupled damage models (e.g., damage evolution model, microplane elastic model). Accurate P – – Δ (load-deflection) curves, matching with experimental data, were achieved. It is worth mentioning that the best curve fitting for beams made out of the same concrete was obtained using the same parameter values. This is true also when comparing prestressed and non-prestressed beams. It suggests significant potential of damage-plasticity model in predicting the true behavior of concrete. Yet, there are still some issues that need further analysis. They concern mainly influence of simplifications made during modelling prestressed beams on final results.

PL

Celem pracy jest walidacja modelu mikropłaszczyznowego sprzężonego uszkodzeniowo-plastycznego z regularyzacją gradientową (MCDPMwGR) poprzez symulację zachowania betonu w belkach żelbetowych, zarówno sprężonych, jak i niesprężonych. Wykorzystano dane eksperymentalne z dostępnych publikacji. Cięgna zamodelowano w postaci dyskretnej, przy użyciu jednowymiarowych elementów skończonych. Siła sprężająca była modelowana spadkiem temperatury. Uwzględniono kwestie styku, czyli tarcia i docisku na styku kabla ze ścianą kanału. W toku prac stwierdzono, że przy zastosowanym modelu możliwe jest uzyskanie zadowalającej dokładności wyników. Nie zaobserwowano negatywnych skutków występujących w innych modelach. Są to między innymi: przeszacowanie obciążenia granicznego oraz nadmierny wpływ wytrzymałości na rozciąganie na wartość obciążenia niszczącego. Efekty takie możemy zaobserwować w modelach plastycznych (np. model Menetreya-Willama czy Druckera-Pragera) oraz w modelach uszkodzeniowych niesprzężonych (np. model ewolucji uszkodzeń, model mikropłaszczyznowy sprężysty). Uzyskano dokładne krzywe P–Δ (odkształcenie obciążenia), zgodne z danymi eksperymentalnymi. Warto wspomnieć, że najlepsze dopasowanie krzywej dla belek wykonanych z tego samego betonu uzyskano przy zastosowaniu tych samych wartości parametrów. Dotyczy to również porównania belek sprężonych i niesprężonych. Sugeruje to znaczny potencjał modelu uszkodzeniowo-plastycznego w przewidywaniu prawdziwego zachowania betonu. Jednakże nadal istnieją pewne kwestie wymagające dalszej analizy. Dotyczą one głównie wpływu uproszczeń dokonanych podczas modelowania belek sprężonych na wyniki końcowe.

5

Analiza nieliniowa efektów II rzędu jako metoda optymalizacji zbrojenia smukłych słupów żelbetowych

Zmyślony Dawid, Bywalski Czesław

Przegląd Budowlany

|

2024

|

R. 95, nr 5

119--124

PL

Aktualna norma PN-EN 1992-1-1 nie określa ograniczeń dotyczących smukłości słupów, umożliwiając projektowanie bardzo smukłych słupów, w których efekty II rzędu odgrywają istotną rolę. Można je wyznaczać metodami uproszczonymi (nominalnej sztywności i nominalnej krzywizny) lub metodą ogólną opartą na nieliniowej analizie geometrycznej. Chociaż metoda ogólna jest rzadko stosowana ze względu na swoją pracochłonność, pozwala na dokładniejsze oszacowanie efektów II rzędu, które są mniejsze w przypadku bardzo smukłych słupów niż wyniki metod uproszczonych. Artykuł porównuje efekty II rzędu uzyskane metodami uproszczonymi i metodą ogólną, wykazując, że metoda ogólna pozwala na optymalne zwymiarowanie zbrojenia w bardzo smukłych słupach oraz w słupach wysokich hal magazynowych.

EN

The current standard PN-EN 1992-1-1 does not define limitations regarding the slenderness of columns, allowing for the design of very slender columns where second-order effects play a significant role. These effects can be determined using simplified methods (nominal stiffness and nominal curvature) or the general method based on nonlinear geometric analysis. Although the general method is rarely used due to its labor-intensive nature, it allows for a more accurate estimation of second-order effects, which are smaller in the case of very slender columns compared to the results from simplified methods. The article compares the second-order effects obtained using the approximate methods and the general method, demonstrating that the general method enables optimal reinforcement design in very slender columns and in the columns of high warehouse halls.

6

Effect of Shear Walls Length on the Behavior of Reinforced Concrete Structures

Rafa Sid Ali, Rouaz Idriss, Brahim Mounia Hadj, Ghribi Zakaria

Inżynieria Mineralna

|

2024

|

Vol. 1, no. 2

art. no. 02

EN

On May 21, 2003, a powerful earthquake with a moment magnitude of Mw=6.8 struck the city of Boumerdes, which is located roughly 50 km east of Algiers, the capital city of Algeria. 2,278 people lost their lives as a result of the earthquake, which also caused several buildings and infrastructures to collapse. Structures with reinforced concrete (R/C) frames did not withstand the earthquake, according to post-seismic observations. In order to reduce risks related to this type of construction, the revised version of the Algerian Seismic Code (RPA 99 Version 2003) restricted the use of RC frame structures to two-story buildings or structures that were eight meters or taller. Over this threshold, shear walls must either fully or partially resist the earthquake loads. To comply with this new requirement, engineers adopted a new construction system by using small length shear walls arranged in Lshape at the corners of the building. In order to assess the efficiency of this shear walls configuration, a series of numerical analysis has been performed using the finite element method where the shear walls length was varied from 0.60 m to 2.00 m. For the purpose of this study a typical three-story building constructed in Algeria's most seismically active region, Algiers and the surrounding area, has been selected for this investigation.

7

Performance evaluation of nonlinear viscoelastic materials using finite element method

Sabri Laith Abed, Al-Tamimi Adnan Naji Jameel, Alshamma Fathi A., Mohammed M. N., Salloomi Kareem N., Abdullah Oday I.

International Journal of Applied Mechanics and Engineering

|

2024

|

Vol. 29, no. 1

142--158

EN

This research paper applies the finite element method as a methodology to evaluate the structural performance of nonlinear viscoelastic solids. A finite element algorithm was built and developed to simulate the mathematical nonlinear viscoelastic material behavior based on incremental constitutive equations. The derived Equation of the incremental constitutive included the complete strain and stress histories. The Schapery’s nonlinear viscoelastic material model was integrated within the displacement-based finite element environment to perform the analysis. A modified Newton-Raphson technique was used to solve the nonlinear part in the resultant equations. In this work, the deviatoric and volumetric strain–stress relations were decoupled, and the hereditary strains were updated at the end of each time increment. It is worth mentioning that the developed algorithm can be effectively employed for all the permissible values of Poisson’s ratio by using a selective integration procedure. The algorithm was tested for a number of applications, and the results were compared with some previously published experimental results. A small percentage error of (1%) was observed comparing the published experimental results. The developed algorithm can be considered a promising numerical tool that overcomes convergence issues, enhancing equilibrium with high-accuracy results.

8

Rational steel mesh layout influence on plate utilization of large span corrugated steel structure

Bareikis Nerijus

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 3

561--578

EN

Corrugated steel structures buried in the surrounding soil are currently used worldwide in road and railway engineering as culverts, pedestrian and animal crossings, tunnels and bridges. The need of large span corrugated steel structures is rapidly growing however their behavior analysis is still understudied. There is also a lack of discussion about the impact of additional strengthening elements for the behavior of corrugated steel structures. This study analyses the influence of rational steel mesh layout on the behavior of a large span deepest corrugation steel structure. The numerical two-dimensional model of two-radius 17.5 m span profile with corrugation of 237 mm depth and 500 mm pitch was developed to replicate the ongoing project in Lithuania. Originally the stiffness of the structure from both sides was increased by six layers of steel meshes as lateral support. Nevertheless, the current study was looking for rational steel mesh layout. Also, the influence of different layouts of steel mesh on corrugated steel plate utilization to buckling failure in the peaking, dead load and in the most unfavorable live load location phase was analyzed. The finite element model results indicated that steel meshes could be used to control structure deformations and internal reactions. Vertical displacement of the crown of the structure could be reduced by 45% in the peaking phase when using proper steel meshes layout. Furthermore, steel meshes could be a decisive factor for the bearing capacity of corrugated steel structure in a positive sense.

9

Zastosowanie analizy plastycznej w projektowaniu konstrukcji stalowych

Studziński Robert

Nowoczesne Hale

|

2023

|

Nr 1

36--39

PL

W artykule zostały omówione praktyczne aspekty analizy plastycznej w odniesieniu do projektowania stalowych konstrukcji prętowych. W ramach poruszanego tematu w pierwszej kolejności przedstawiono istotę analizy plastycznej i zdefiniowano pojęcia nośności krytycznej oraz przegubu plastycznego. Następnie zwrócono uwagę na znaczenie stopnia statycznej niewyznaczalności konstrukcji w kontekście analizy plastycznej. W kolejnym kroku omówiono zawarte w Eurokodzie 3 kryteria stosowania analizy plastycznej, jakie muszą spełniać materiał i analizowana konstrukcja. Rozważania zostały podsumowane eksperymentem numerycznym obejmującym analizę plastyczną układu ramowego, który przeprowadzony został w programie AxisVM przeznaczonym do analiz inżynierskich.

EN

In the paper, the practical aspects of the plastic analysis of the steel frame structures are presented. Firstly, the importance of plastic analysis is discussed. Secondly, the definitions of critical load capacity and plastic hinge are given. Thirdly, the importance of the degree of static indeterminacy in the context of plastic analysis is highlighted. Furthermore, the limitations of the use of plastic analysis defined in Eurocode 3 are referred to the requirements related to steel grade and the static scheme of a structure. The considerations are summarised with a numerical experiment of the plastic analysis of a steel structure performed in the engineering program AxisVM.

10

Analiza porównawcza przestrzennych modeli jednowarstwowego przekrycia o kształcie walcowym z różnymi rozwiązaniami ścian szczytowych

Małysa Adrian, Weber Hanna

Builder

|

2023

|

R.27, nr 9

42--47

PL

W pracy przeanalizowano wpływ budowy ściany szczytowej wielkopowierzchniowej hali stalowej o kształcie walcowym z przekryciem zbudowanym z jednowarstwowej trójkątnej siatki prętów opartej na słupach. Dla analizowanego obiektu stworzono modele przestrzenne i przeprowadzono nieliniową analizę statyczną z uwzględnieniem efektów drugiego i trzeciego rzędu oraz analizę wyboczeniową. Na podstawie uzyskanych wyników przedyskutowano charakter pracy każdego z układów i wyciągnięto ogólne wnioski na temat wpływu konstrukcji ściany szczytowej na uzyskiwane wartości. Dla badanego przypadku wybrano optymalne rozwiązanie ściany szczytowej uwzględniające trzy kryteria: statykę konstrukcji, stateczność układu i masę wykorzystanej stali konstrukcyjnej.

EN

The paper analyzes the impact of the construction of the gable wall of a large cylindrical steel hall with a cover made of a single-layer triangular grid of bars supported on steel poles. Spatial models were created for the analyzed object and nonlinear static analysis with taking into account the effects of the second and third order, as well as a buckling analysis were carried out. Based on the obtained results, the behavior of each system was discussed and general conclusions were drawn on the impact of the gable wall structure on the obtained values. For the considered case, optimal solution of the gable wall was selected, taking into account three criteria: statics of structure, stability of the system and the mass of structural steel used.

11

Nonlinear analysis for proposing limit state criteria of reinforced concrete road bridge superstructures

Thi Thuy Van Tran, Bich Quyen Vu Thi

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 1

495--512

EN

In the research of long-time operating road bridge superstructures, it should note that when the internal forces in the beam elements reach specific values, the stiffness of the cross-section of these elements should decrease. Besides that, if there are damaged places in the beam-element of the road bridge superstructures, the element could not work normally, and the redistribution of internal forces between elements in the whole system would happen. This phenomenon was not taken into account in the initial design calculation. In practice, it shows that many road bridges are subjected to greater loads than the calculated loads in the design process, but they still normally operate. This article proposes the other limit state criteria in evaluating the load capacity reserve of road-bridge superstructures using nonlinear analysis based on nonlinear deformational models of modern construction codes. The proposed calculation procedure is established to explain the load capacity reserve of long-time operating road bridge superstructures in the case of the lack of experimental evaluation. From the obtained results, the suitable limit state criteria for road bridge superstructures are suggested, and the conclusions about the accuracy of the proposed approach of nonlinear structural analysis are recommended.

12

Nonlinear forced vibration analysis of micro-rotating shaft-disk systems through a formulation based on the nonlocal strain gradient theory

Panahi Ramin, Asghari Mohsen, Borjalilou Vahid

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2023

|

Vol. 23, no. 2

art. no. e85, 2023

EN

The paper presents an upgraded size-dependent formulation for micro-rotating shaft-disks system to study their nonlinear forced vibration behavior. The novel formulation is based on the nonlocal strain gradient theory (NSGT). To achieve this goal, first of all, by incorporating the geometrical nonlinearity within the Rayleigh beam theory, the governing equations of the lateral motion of the system are derived by the Hamilton principle and then converted into a complex form. By defning some dimensionless parameters, the normalized form of the complex governing equation is also extracted. In the next step, the Galerkin method is implemented to establish an infinite set of ordinary differential equations (ODEs). Then, with the help of the method of multiple scales, the nonlinear ODE is solved to attain the vibrational amplitude of the system as well as its forward and backward natural frequencies. Lastly, an all-out parametric study is conducted to appraise the impact of some important factors like the nonlocal theory parameter, the strain gradient length scale parameter, the rotational speed, the amount of mass eccentricity and the internal damping coeffcient on the motion amplitude and natural frequencies. The numerical outcomes illuminate well that depending on the relative value of two non-classical parameters of NSGT, this theory have the potential to reflect the hardening or softening attribute of small-scaled mechanical elements.

13

Experimental-Numerical Analysis of a Flat Plate Subjected to Shearing and Manufactured by Incremental Techniques

Kopecki Tomasz, Święch Łukasz

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2023

|

Vol. 17, no. 4

179--188

EN

The paper presents the results of experimental studies and numerical analyses using the Finite Elements Method for a planar structure subjected to pure shear. The test specimen was made using an Fused Filament Fabrication incremental technique. In order to correctly represent the mechanical properties of the structure, a series of tests were performed to determine the physical constants of the model material used. Due to the perfect physical nature of the numerical model, in contrast to experimental phenomena, a suitable method was employed to induce the post-critical deformations in the analysed structure.

14

Nonlinear analysis of a hoist tower for seismic loads

Pachla Filip, Tatara Tadeusz

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

177--198

EN

In recent years, the intensity of the loads caused by mining activity has increased in Poland. This exploitation is often carried out in urbanized areas, so their operation on structures is not only a social problem, but also a challenge for engineers. Many of the surface facilities safe use affects the failure-free operation of the mine. The paper presents the results of representative measurements of surface vibrations from mining areas in Poland and earthquakes and their comparison. Particular attention was paid to the values of PGA/PGV ratios and the most commonly used methods for dynamic calculation of the structure. The last part of the work presents an experimentally verified dynamical model of the selected RC skip tower. The forced vibrations of the model were analysed by taking representative earthquakes and mining origin tremors. Time history non-linear analysis and push over methods were used. The nonlinear concrete model was adopted in the analyses. The results show that pushover analysis is not able to capture the seismic demands imposed by far-field or near-fault ground motions, especially for short-period systems for which it can lead to significant errors in the estimation of the seismic demands. The results confirmed the qualitative results of the linear analysis. The carried out inventory of cracks to the skip tower also allowed their location in bearing elements of the skip tower. The results of non-linear numerical analyses allowed us to assess the safety of the structure.

PL

Dodatkowym obciążeniem działającym na konstrukcje budowlane są drgania przenoszone przez grunt. Z reguły takie konstrukcje, gdy znajdują się poza obszarami trzęsienia ziemi, nie są przystosowane do takich dodatkowych obciążeń. Na terenach dotkniętych wstrząsami górniczymi konstrukcje nie były projektowane na takie obciążenia. W projekcie uwzględniono tylko obciążenia stałe i ciężar własny, obciążenia technologiczne oraz obciążenia od podmuchów wiatru. W ostatnich latach w Polsce wzrosła intensywność obciążeń powodowanych działalnością górniczą. Eksploatacja ta często prowadzona jest na terenach zurbanizowanych, dlatego ich eksploatacja i wpływ na budynki staje się nie tylko problemem społecznym, ale także wyzwaniem dla inżynierów. Ich zadaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji i osób przebywających w tych budynkach. Wiele obiektów naziemnych znajduje się bezpośrednio na terenach kopalni. Ich bezpieczne użytkowanie wpływa na bezawaryjną prace kopalni. Awarie obiektów powierzchniowej infrastruktury budowlanej kopalni prowadzą do dużych strat finansowych i powodują problemy społeczne. W pracy przedstawiono wyniki reprezentatywnych pomiarów drgań powierzchniowych z terenów górniczych w Polsce. Drgania te były spowodowane najintensywniejszymi wstrząsami górniczymi, jakie wystąpiły podczas podziemnej eksploatacji kopalni węgla kamiennego i rud miedzi w Polsce. Wyniki pomiarów in-situ tych drgań porównano z zapisami drgań z wybranych trzęsień ziemi. Szczególną uwagę zwrócono na wartości wskaźnika PGA/PGV, a także różnice charakteryzujące drgania powierzchniowe indukowane podziemną eksploatacją górniczą i wstrząsy sejsmiczne oraz czas trwania intensywnej fazy drgań. Następnie przedstawiono najczęściej stosowane metody obliczeń dynamicznych konstrukcji. W ostatniej części pracy zaprezentowano numeryczny model dynamiczny wybranej żelbetowej konstrukcji wieży wyciągowej.

15

Experimental investigation of sandwich panels supported by thin-walled beams under various load arrangements and number of connectors

Ciesielczyk Katarzyna, Studziński Robert

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 4

389--402

EN

In the paper there the laboratory tests of interaction between thin-walled beams of the Z crosssection and the sandwich panels with PIR foam core are presented. The different numbers of connectors (0, 4, and 8) were used to connect the sandwich panels with the thin-walled beams. Furthermore, the parallel and perpendicular to the longitudinal axis of the thin-walled beam load arrangement was analysed. The research provides a qualitative and quantitative comparison of the mentioned experiments using the ultimate capacity, the deformation capacity, and the stiffness. In the second part of the paper, the numerical analysis of the thin-walled beam was also performed. The beam was modelled as a shell element and loaded in two ways, which corresponded to the loading scenario during laboratory tests (uniformly distributed and concentrated loads). The results of the numerical calculations of the beam without lateral stabilization were compared with the laboratory results of the beam stabilized by the sandwich panels.

PL

W pracy przedstawiono wyniki badan eksperymentalnych układów konstrukcyjnych składających się z płyt warstwowych i belek cienkościennych o przekroju Z ułożonych niesymetrycznie względem siebie. W oparciu o europejskie rekomendacje oraz wcześniejsze badania autorów zakłada się, że w analizowanym układzie belki są stabilizowane bocznie przez płyty warstwowe. Wykonano 11 badań laboratoryjnych, które różniły się między sobą liczbą łączników oraz sposobem przyłożenia obciążenia. W celu połączenia płyt warstwowych z belką cienkościenną użyto 0, 4 lub 8 łączników. Obciążenie przypadające na układ było przyłożone równolegle do belek cienkościennych powodując obciążenie równomiernie rozłożone a prostopadle do belek cienkościennych powodując obciążenie punktowe. Przeprowadzone badania wykazały znaczącą wrażliwość układu na sposób przyłożenia obciążenia względem analizowanych układów konstrukcyjnych. Wykazano, że obciążenie realizowane jako równoległe do długości belki podpierającej płytę pozwala analizowanemu układowi na przeniesienie ponad dwukrotnie większego obciążenia niż w przypadku obciążenia realizowanego w sposób prostopadły do długości belki. Dodatkowo omówiono w pracy mechanizmy zniszczenia układu w zależności od sposobu jego obciążenia. Zbadano również wpływ liczby łączników na całkowitą nośność analizowanego układu. Wykazano znaczący wzrost nośności układu przy zwiększającej się liczbie łączników. Zwiększenie liczby łączników łączących belki cienkościenne z płytami warstwowymi wiązało się również z powstaniem złożonym mechanizmami zniszczenia układu. Uzupełnieniem przeprowadzonych badań eksperymentalnych było wykonanie symulacji numerycznych belek cienkościennych niestężonych poszyciem. Belki zamodelowane zostały jako elementy powłokowe obciążone na dwa sposoby: obciążeniem równomiernie rozłożonym na pasie górnym belki oraz siłą skupioną w środku rozpiętości belki. Otrzymane wyniki oraz mechanizmy zniszczenia porównano z wynikami laboratoryjnymi belki stężonej płytą warstwową. Wykazano, że belka niestężona płytą warstwową wykazuje prawie dwukrotnie niższą nośność niż belka stężona.

16

Computer modelling of point supported laminated glass panes

Woźniczka Piotr

Archives of Civil Engineering

|

2022

|

Vol. 68, nr 3

353--368

EN

In recent years significant progress has been made in structural application of glass elements in building industry. However, the issues related to computer modelling of glass panes, as well as analytical procedures allowing for taking into account the bonding action of PVB foil are not widely known in the engineering environment. In this paper results of numerical study of laminated glass plates are presented. The scope of the research covers over 40 cases of panes. Narrow (characterized by edge length ab > 2) and square (a/b = 1) panes made of two or three layer laminated glass have been taken into account. The paper deals mainly with point supported glass. However, selected results for linearly supported plates have been included as well for comparison. For each considered case an advanced computational model have been developed within the environment of Abaqus software. Pointwise supports have been modelled using methods of various complexity. The obtained results have been compared with the results of standard calculations using Wölfel-Bennison and Galuppi-Royer-Carfagni hypotheses. The analytical procedures proposed by CEN have been applied as well. As a result, recommendations for static calculations of laminated glass panes have been formulated. The computational procedure based on the hypothesis presented by L. Galuppi and G. Royer-Carfagni should be considered the most universal. The remaining methods may be applied only in limited scope. In order to estimate maximum principal stress in the support zone an advanced computer model has to be used. The support may be modelled in an exact or simplified manner.

PL

W ostatnich latach dokonano znaczącego postępu w zakresie konstrukcyjnego wykorzystania w budownictwie elementów ze szkła. Równocześnie trwają prace nad drugą edycją norm europejskich, wśród których przewidziano przygotowanie odrębnej normy dotyczącej projektowania konstrukcji szklanych. Zgodnie z dokumentami opracowanymi przez odpowiedni komitet techniczny Europejskiego Komitetu Normalizacyjnego, wspomniana norma powinna obejmować swoim zakresem także nowoczesne procedury w zakresie obliczeń statycznych prętów i płyt ze szkła laminowanego. Tego typu elementy konstrukcyjne podparte w sposób punktowy lub w sposób liniowy są powszechnie stosowane w praktyce inżynierskiej ze względów architektonicznych i funkcjonalnych. Problematyka związana z modelowaniem komputerowym elementów ze szkła, jak również procedury analityczne pozwalające na uwzględnienie zespalającego działania folii PVB, nie są jednak powszechnie znane i stosowane w środowisku inżynierskim. W tej sytuacji w artykule przedstawiono wyniki weryfikacji wybranych procedur obliczeniowych dotyczących płyt ze szkła laminowanego. W przeprowadzonych analizach uwzględniono metody obliczeniowe oparte na hipotezach opracowanych przez E. Wolfela i S.J. Bennisona, a także przez zespół autorski L. Galuppi i G. Royer-Carfagni. Rozpatrywano również ścisłe rozwiązanie zagadnienia zginanego pręta ze szkła laminowanego wyprowadzone z modeli reologicznych przez K. Langosch. Otrzymane rezultaty porównano każdorazowo z wynikami zaawansowanych symulacji komputerowych. W celu możliwie dokładnego odwzorowania zachowania się danej płyty szklanej oraz zespalającej warstwy PVB stosowano bryłowe elementy skończone, natomiast obliczenia były prowadzone jako geometrycznie nieliniowe. Szczególną uwagę poświecono zagadnieniom związanym z analizą płyt podpartych w sposób punktowy. Naprężenia główne w strefie podporowej były wyznaczane dla modeli komputerowych o zróżnicowanym stopniu skomplikowania, w tym również dla przypadków w których uwzględniono dokładna geometrię danej rotuli. Omówiono propozycję uproszczonego sposobu modelowania strefy podporowej. Analizy były prowadzone dla dwóch grup płyt o zróżnicowanej geometrii. W zakresie rozwiązań poszczególnych płyt rozpatrywano elementy ze szkła dwu- oraz trójwarstwowego. W celach porównawczych w artykule przedstawiono również rezultaty uzyskane dla płyt podpartych w sposób przegubowo-liniowy. Na podstawie przeprowadzonych badan sformułowano wnioski w zakresie przydatności poszczególnych metod obliczeniowych.

17

Nonlinear finite element analysis and parametric study of executable RCS connections

Doost Rooholah Bakhtiari, Sadraie Hamid, Khaloo Alireza, Badarloo Baitollah

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2022

|

Vol. 22, no. 4

art. no. e204, 2022

EN

This paper compares the results of a nonlinear finite element analysis (FEA) of an internal hybrid steel beam to RC column connections with those of the experiment on a half-scale. This study used extended face bearing plates (EFBP) embedded in the panel zone (PZ) to make prefabricated RC column to steel beam connections (PRCS). Steel beam flanges were made to be stronger than scaled sections to transfer more force to the PZ. Nonlinear FEA was performed with ABAQUS software to evaluate the connections under unidirectional loading. Failure mode, connection stiffness, and PZ shear strength determined by nonlinear FEA matched well with the experimental findings. PRCS1 model was used to evaluate the number of PZ stirrups, axial load on the column, width and height of EFBP, and height of stiffener connected to the beam flange. PZ shear strength and stiffness were significantly improved by increasing EFBP width. Increasing the height of EFBP only with increasing the height of the stiffener can increase the shear strength of the PZ. Increasing the axial load of the column had a significant effect on increasing the shear strength of the PZ. PZ shear strength of the PRCS4 with cover plates (CP) was also assessed by developing its numerical model and strengthening the beams and columns. The presence of CP in the sample without a steel web panel (SWP) illustrated a significant effect compared to the sample with SWP. Based on the performance of the CP in different PZ forms, the formulation was developed to determine the shear strength of CP.

18

Numerical Analysis of the Impact of Geometric Parameters of the Outcuts in the Wing Torsion Box Wall on the Mechanical Properties of the Structure

Kopecki Tomasz

Advances in Science and Technology. Research Journal

|

2022

|

Vol. 16, no. 3

176--182

EN

The study presents the results of comprehensive numerical analyses of an unusual solution in the field of geometry of holes in the wall of the wing torsion box subjected to torsion. Due to the nature of loads acting on the wing structure in flight conditions, it is possible to modify the current standard solutions. However, this involves a fundamental change in the nature of stress distribution and the resulting need to use new types of local reinforcements of the structure. The analyses were supposed to indicate the dependencies between the geometric parameters of the outcuts and the nature of advanced deformations and the distribution of internal forces.

19

State-of-the-art rotordynamic analyses of pumps

Gaulard Frédéric, Schmied Joachim, Fuchs Andreas

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2021

|

Vol. 69, nr 6

art. no. e139316

EN

State-of-the-art analyses for the rotordynamic assessment of pumps and specific requirements for the simulation tools are described. Examples are a horizontal multistage pump with two fluid film bearings in atmospheric pressure, a horizontal submerged multistage pump with many bearings, and a submerged vertical single-stage pump with water-lubricated bearings. The rotor of the horizontal pump on two bearings is statically overdetermined by the seals and the static bearing forces depend on the deflection in the seals and the bearings. The nonlinear force-displacement relation in the bearings is considered in this paper. The stability of pumps is assessed by Campbell diagrams considering linear seal and bearing properties. Cylindrical bearings can have a destabilizing effect in the case of low loads as in the examples of the submerged pumps. For the pump with many bearings, the influence of the bearing ambient pressure and the bearing specific load on the stability is analyzed. For the vertical pump, the limit cycle, i.e. the vibration level of stabilization, is determined with a nonlinear analysis. All examples have a practical background from engineering work, although they do not exactly correspond to real cases. Analyses were performed with the rotordynamic software MADYN 2000.

20

Guidelines for FEM modelling of wood-CFRP beams using ABAQUS

Kawecki Bartosz

Archives of Civil Engineering

|

2021

|

Vol. 67, nr 4

175--191

EN

The article presents detailed guidelines for the nonlinear modelling of wood-CFRP beams with full cross-section using the Finite Element Method (FEM). Reviewing the literature has shown that behaviour of such composites is a current research topic, undertaken by many scientists. Complex numerical models made in the Simulia ABAQUS software are the basis for modelling recommendations. Properties of the materials consider the orthotropy and plasticity of wood and CFRP tapes, and the stiffness of adhesive layers with delamination. Results of laboratory experiments, got for a statistically significant number of specimens, confirm the model assumptions. This research paper provides a rich source of knowledge and experiences for scientists and engineers, who deal with mechanics of wood-CFRP composites. The uniqueness of the presentation lies in the detailed description of the complex numerical model. Specification comprises the steps necessary to do complete and successful calculations. The model is suitable for analysing the behaviour of wood-CFRP composites in different reinforcement configurations.

PL

Artykuł przedstawia szczegółowe wytyczne do nieliniowego modelowania belek o pełnym przekroju wykonanych z kompozytu drewno-CFRP z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych (MES). Przegląd literatury pokazał, że zachowanie takich kompozytów jest aktualnym tematem badawczym, podejmowanym przez wielu naukowców. Podstawą zaproponowanych rekomendacji są złożone modele numeryczne wykonane w programie Simulia ABAQUS. Parametry materiałowe uwzględniają ortotropię plastyczność drewna i taśm CFRP, jak również sztywność warstw klejowych i możliwość ich delaminacji. Założenia modelu zostały potwierdzone badaniami laboratoryjnymi przeprowadzonymi na ważnej statystycznie liczbie próbek. Powyższe opracowanie zapewnia bogate źródło wiedzy i doświadczeń dla inżynierów i naukowców zajmujących się mechaniką kompozytów drewno-CFRP. Unikalność artykułu polega na dokładnym opisie złożonego modelu numerycznego, który przedstawia kroki niezbędne do wykonania kompletnych obliczeń.