Thesis Details

Modeling of the nonlinear behavior of semi-rigid connections in steel framed structures and its influence on three dimensional analysis of structural systems = Çelik yapılarda yarı rijit bağlantıların doğrusal olmayan davranışının modellenmesi ve üç boyutlu yapısal çözümlemelere olan etkisinin araştırılması

Authors:

Özel, Halil Firat

Publisher:

Orta Doğu Teknik Üniversitesi

Main Topics:

Civil engineering

Document Type:

Thesis

Program Type:

Phd

Publication Date:

12/2018

Document Language:

English

Document ID (Org No.):

2000303379

Descriptors:

CIVIL ENGINEERING

Abstract

In steel frame structures, introducing the nonlinear force-deformation behavior of frame members with flexible joints will show closer results to the actual behavior. In this thesis, a mixed formulation frame finite element is developed from a nonlinear force-based method that can include localized semi-rigid connection response. The formulation of the element uses the three-fields Hu-Washizu-Barr principle, where displacement shape function approximation is omitted with the use of a force-based approach. The proposed element formulation can accurately capture the spread of plasticity along element length and section depth with a single element for each beam and column member. Introducing flexible connections to frame members does not necessitate additional nodes where the degrees of freedom do not increase. Also, nonlinear geometric effects and a correct shear area definition are applied to the elements with the use of the proposed element. Accuracy and robustness of the proposed element are presented at both member level and structural level for both the two-dimensional and three-dimensional rigid and semi-rigid steel frame structures. Verifications are conducted by considering studies presented in the literature, as well as the results obtained using advanced nonlinear finite element programs.

Çelik çerçeve yapılarında, çerçeve bağlantı elemanlarının esnek bağlantılarla doğrusal olmayan kuvvet deformasyon davranışının uygulanması, yapının gerçek davranışa daha yakın sonuçlar gösterecektir. Bu tezde, yarı-rijit bağlantının etkisini içerebilen, doğrusal olmayan kuvvet bazlı yöntemden türetilmiş karma formülasyonlu çerçeve sonlu elemanı geliştirilmiştir. Elemanın formülasyonunda, kuvvet-bazlı yaklaşımın kullanılmasıyla deplasman şekli fonksiyonu yaklaşımının ihmal edildiği üç boyutlu Hu-Washizu-Barr prensibini kullanılmıştır. Önerilen eleman formülasyonuyla, her kiriş ve kolon elemanı için tek bir elemanla birlikte, plastisitenin eleman uzunluğu ve kesit derinliği boyunca yayılması hassas bir şekilde yakalanabilmektedir. Çerçeve elemanlarına esnek bağlantıların tanıtılmasıyla ilave düğüm noktalarının eklenmesine gerek duyulmayarak elemanın serbestlik derecesi artmamıştır. Ayrıca, önerilen model doğrusal olmayan geometrik etkilerini ve doğru bir kesme alanı tanımını elemana uygulamaktadır. Önerilen elemanın doğruluğu ve çözümsel sağlamlığı hem iki boyutlu hem de üç boyutlu rijit ve yarı-rijit çelik çerçeve yapılarda hem eleman seviyesinde hem de yapısal düzeyde sunulmaktadır. Literatürde sunulan çalışmaların yanı sıra, ileri düzey doğrusal olmayan sonlu elemanlar programları kullanılarak elde edilen sonuçlar da dikkate alınarak doğrulamalar yapılmıştır.

Thesis Details

Authors: Özel, Halil Firat

Publisher: Orta Doğu Teknik Üniversitesi

Main Topics: Civil engineering

Document Type: Thesis

Program Type: Phd

Publication Date: 12/2018

Document Language: English

Document ID (Org No.): 2000303379