Nonlinear analysis of post tensioned RC beam in DIANA using python

Abstract

Elementmetoden kan brukes til å undersøke og estimere reaksjonen til en etterspentbetongbjelke i ulike belastningssituasjoner. Takket være fremskritt innen teknologi, tilbyr markedet i dag flere dataprogrammer som er i stand til å utføre elementær analyse med varierende nivåer av nøyaktighet og brukervennlighet.

Målet med denne masteroppgaven er å lage en rammemodell som forenkler bruken av elementmetodeprogramvaren DIANA 10.3. I tillegg tar oppgaven for seg spenningssituasjonen til en etterspent betongbjelke i to forskjellige forbindelser mellom betongen og spennstålet: den injiserte, hvor armeringskabelen er festet til betongbjelken, og den ikke-injiserte, hvor forbindelsen kun gjøres ved start- og endepunktene til armeringen.

Selv om DIANA er kraftig simuleringsprogramvare, er den manuelle modelleringen tidkrevende. For å kunne modellere ulike bjelker med ulike materialegenskaper og geometriske former, kan bruk av Python gjøre det effektivt. I oppgaven vises at etter å ha laget den første modellen, med små modifikasjoner, klarer man å studere modeller for andre geometrier og med andre materialegenskaper.

Som litteraturdelen viser, er spenningsresponsen til etterspentbetong avhengig av bindingen mellom de to materialene og etter simulering av både injiserte og uinjiserte modeller, har vi konkludert med at begge gir realistiske og pålitelige resultater og kan brukes. Den uinjiserte modellen viser seg imidlertid å være den beste måten å studere skadesituasjonen i betongen på, det gir også sterkere resultater.

The Finite Element Analysis (FEA) method can be used to anticipate the behavior of reinforced concrete under various load scenarios. Because of recent technology advancements, the market now provides a variety of commercial FEA software with varying levels of accuracy and user friendliness.

The goal of this thesis is to develop a DIANA solution that makes modeling a post-tensioned reinforced concrete beam efficient and simple. It also seeks to demonstrate the stress circumstances on the concrete and steel when post-tensioning is performed using two different methods: embedded and bond-slip reinforcement.

Even though DIANA is a useful tool, modeling and running simulations time consuming and intensive work. To be able to model many different types of RC beams and apply different properties in much shorter time than required doing it manually at the graphical user interface zone in DIANA, the use of the programming language python has shown to be the way to go. After the first code was generated, the analysis simulating a post tensioning of reinforced concrete beam for the different reinforcement types and geometries was done in a very short time.

As the litterateur review demonstrates, the steel-concrete bond behavior influenced the previous stiffness and deformation behavior of reinforced concrete. Two separate bond conditions are addressed in the finite element model, which results in more realistic stress situations and deformations.

Following the execution of the code and comparison of the results, it is discovered that both embedded and bond-slip post-tensioned reinforced concrete beams produce realistic and reliable results. Even if the embedded model is chosen for modeling complicated RC models due to the ease of the modeling procedure, the bond-slip model has proven to be superior in terms of finesse and power to examine damages in post-tensioned concrete beams.