MWW3 model for concrete - adjustment of failure and yield surfaces for use in computational fem system Mafem3D

• Autorzy: Majewski S. , Wandzik G.
• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Definitions of the failure surface, as well as evolution of yield surface are crucial elements in nonlinear FEM analysis of reinforced concrete members and structures carried out with use of elasto-plastic material model. Procedure of formation of these surfaces in MWW3 material model used in author’s computational system Mafem3D has been described. In MWW3 model, each meridian section of yield section is composed of straight-linear segment in the middle part and two caps: parabolic from the side of mean tensile stresses and circular from the side of compressive stresses. Formation of the linear segments of tensile and compressive meridians is a result of approximation of laboratory experiments performed in the complex stress states. Caps definition is based on the meridians course adjustment to the basic strength properties and assuring basic requirements of the surfaces shape such as: continuity, smoothness and convexity. Procedure used for equations definition, necessary for their adjustment with laboratory tests results and possibility of their implementation in numerical algorithm used in computational system has been described.

PL

W nieliniowej analizie MES elementów i konstrukcji żelbetowych prowadzonej z wykorzystaniem sprężysto-plastycznego modelu materiałowego betonu bardzo istotną rolę pełni sposób zdefiniowania powierzchni granicznej oraz ewolucja powierzchni plastyczności. W artykule przedstawiono sposób kształtowania tych powierzchni w modelu MWW3 stosowanym w autorskim systemie komputerowym Mafem3D. W opisywanym modelu, dowolny przekrój południkowy przez powierzchnię plastyczności składa się z odcinka prostego w środkowej części oraz dwóch nasadek: parabolicznej po stronie średnich naprężeń rozciągających oraz kołowej po stronie średnich naprężeń ściskających. Ukształtowanie prostoliniowych odcinków południków ściskania i rozciągania wynika z przybliżenia wyników badań doświadczalnych prowadzonych w złożonych stanach naprężenia. Zdefiniowanie nasadek bazuje na dostosowaniu przebiegu południków do wartości podstawowych cech wytrzymałościowych betonu oraz zapewnienia podstawowych wymagań stawianych powierzchniom, takich jak ciągłość, gładkość oraz wypukłość. W artykule opisano sposób definiowania równań zapewniających powierzchniom zgodność z wynikami podstawowych badań wytrzymałościowych oraz możliwość ich dostosowania do algorytmu numerycznego wykorzystywanego w programie komputerowym.

Słowa kluczowe

EN

FEM; finite element method; concrete

PL

MES (metoda elementów skończonych); metoda elementów skończonych; beton

• Wydawca: Silesian University of Technology
• Czasopismo: Architecture Civil Engineering Environment
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 2, no. 2
• Strony: 33--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 21 poz.

Twórcy

autor

Majewski S.

autor

Wandzik G.

• Faculty of Civil Engineering, The Silesian University of Technology, Akademicka 5, 44-100 Gliwice, Poland,

Bibliografia

• [1] Majewski S., Krzywoń R., Wandzik G; Numeryczna i doświadczalna weryfikacja pakietu MAFEM do nieliniowej analizy konstrukcji żelbetowej (Numerical and experimental verification of nonlinear FEM sys-tem MAFEM used for RC structures analysis). XLV Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Vol.2, Wroctaw-Krynica, 1999; p. 167-174 (in Polish)
• [2] Majewski S., Wandzik G.; Two-stage numerical analysis of RC slabs punching capacity. International Workshop on Punching Shear Capacity of RC Slabs, Proceedings, Stockholm, 7-9 June 2000; p.387-396
• [3] Szojda L., Wandzik G.; Numeryczna analiza zachowania naroży żelbetowych ram portalowych (Numerical analysis of the behaviour of RC portal frame corners). XL Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Vol.3, Kraków-Krynica, 1994; p.193-200 (in Polish)
• [4] Majewski S., Krzywoń R., Wandzik G. ; Failure Criteria in Estimation of Load Capacity for Reinforced Concrete Members. Proceedings of the US-Poland Workshop on "Modern Problems of Concrete Structures", Wroclaw, 1999; p.43-46
• [5] Szojda L., Wandzik G.; Homogeniczny, sprężysto-plastyczny model materiałowy do analizy konstrukcji murowych (Homogeneous elasto-plastic material model used for the analysis of masonry structures). Monografia: Problemy naukowo-badawcze budownictwa. Wydawnictwo Politechniki Białostockiej, Vol.2, Konstrukcje budowlane i inżynierskie, Białystok, 2007; p.355-362 (in Polish)
• [6] Krzywoń R., Szojda L„ Wandzik G.; Numerical analysis of building subjected to the ground subsidence. 6th International Scientific Conference ..Analytical Models and New Concepts in Concrete and Masonry Structures", Łódź, 2008; p.331-332, full version published on CD
• [7] Wiliam K., Warlike E. P.; Constitutive Models for the Triaxial Behaviour of Concrete. Int. Ass. of Bridge Struct. Eng. Proc. Vol.19, 1975; p. 1-30
• [8] Balmer G.G.; Shearing Strength of Concrete under High Triaxial Stress Computation of Mohr's Envelope Curve. Bur. Reclam. Struct. Res. Lab. Rep. SP23,1949
• [9] Kupfer K, Hilsdorf K., Rusch H.Behaviour of Concrete under Biaxial Stresses. Journal of American Concrete Institute, Vol.66, No.8, 1969; p.656-666
• [10] Richart F. E., DrandtzaegA,, Brown R. L.A Study of the Failure of Concrete under Combined Compressive Stresses. Univ. 111. Eng. Exp. Stn. Bull, 1928, 185 Urbana
• [11] Mills L.L., Zimmerman R.M.; Compressive Strength of Plain Concrete under Multiaxial Loading Conditions. Journal of American Concrete Institute, Vol.67, No. 10, October, 1970; p.802-807
• [12] Majewski S,; Mechanika betonu konstrukcyjnego w ujęciu sprężysto-plastycznym (Mechanics of structural concrete in elasto-plastic formulation). Monografia, Gliwice, 2003 (in Polish)
• [13] Ottosen N. S:, A Failure Criterion for Concrete. J. Eng. Mech. Dtv. ASCE, Vol.103,1977; p.527-535
• [14] Oluokun F.A.; Prediction of Concrete Tensile Strength from Compressive Strength. Evaluation of Existing Relations for Normal Weight Concrete. ACI Materials Journal, Vol.88, No.3,1991; p.302-309
• [15] Podstawy projektowania konstrukcji żelbetowych i sprężonych według Eurokodu 2 (Basis of reinforced concrete and prestressed concrete structures design according to Eurocode 2). Dolnośląskie Wydawnictwo Edukacyjne, Wroclaw, 2006; 976p (in Polish)
• [16] EN-1992-1-1 (Eurocode 2):2004; Design of concrete structures. Part 1-1: General rules and rules for buildings. CEN, Brussels, December 2004; 230p
• [17] Flaga K.; Wpływ rodzaju kruszywa na kruchość betonów wysokich marek (Influence of the aggregate type on the brittleness of high strength concrete). Inżynieria i Budownictwo, No.2,1974 (in Polish)
• [18] Wandzik C, Majewski S.; Analysis of 3D Stress-State in RC Slab-Column Connection. 2nd European Conference on Computational Mechanics (Solids, Structures and Coupled Problems in Engineering), abstracts, Vol.2, Kraków, 2001; p. 1098-1099 (full version published in electronic version)
• [19] Majewski S., Wandzik G.; Analiza zachowania żelbetowej stopy fundamentowej (Analysis of the RC spot footing behaviour). Zeszyty Naukowe Politechniki Śląskiej, No 1288, Seria: Budownictwo, Vol.80, 1995; p.53-64 (in Polish)
• [20] Jóźwiak I., Wandzik G:, Badania laboratoryjne i numeryczne gęsto perforowanych ścian betonowych poddanych jednoczesnemu ścinaniu i zginaniu (Experimental and numerical tests performed for densely perforated concrete walls subjected to simultaneous shear and flexure). XLIV Konferencja Naukowa KILiW PAN i KN PZITB, Vol.4, Poznań-Krynica, 1998; p.77-85 (in Polish)
• [21] AjdukiewiczA., Majewski S., KliszczewiczA., Wandzik G.; Numerical and Experimental Analysis of Models used for Testing of Compressive Strength. II International Scientific Conference „Analytical Models and New Concepts in Mechanics of Concrete Structures", Łódź, 1996; p.31-36