Contributing to an open-source python package for concrete design

Abstract

Dataprogrammer begynner å bli en større del av bygningsingeniørers hverdag. Foreløpig finnes det få open-source prosjekter som tar for seg materialbruk i stor skala. Dette er hvor fib arbeider for å lage en open-source python pakke i GitHub for betongkonstruksjoner. Et slikt prosjektet kan være til stor hjelp i å spare ingeniører tid samtidig som det kan øke nøyaktigheten i arbeidet. Det er samtidig viktig å formidle forståelse for hvordan koden til programmet virker og konsekvensene av måten en bruker programmet på.

Denne masteroppgaven tar på seg jobben å implementere de fleste skjærformlene fra Model code 2010 (kapitel 7.3.3-7.3.5). Formlene er laget i python med funksjoner og en doc-string med tekst til hver funksjon som forklarer hva funksjonen tar inn av variabler og hva den gjør. Funksjonene har tilsvarende tester som skal redusere risikoen for feil. For å vurdere koden som er skrevet er det gjort videre sammenligninger og undersøkelser av koden som dekker betong uten skjærarmering. Her undersøker vi hvor nærme de forskjellige tilnærmingsnivåene for Model code 2010 og Eurocode 2 er til den virkelige kapasiteten. Det blir sett på standardavvik for resultatene og hva en eventuell endring i Model code 2010 vil kunne ha å si for resultatene. Det er totalt laget fire filer, dette inkluderer ren skjær, torsjon, ulik settingstid og gjennomlokking. Disse filene har egne tester som korresponder til hver av funksjonene.

En stor del av oppgaven vår er referansemålingen som dekker skjær uten skjærarmering. Det dekker en liten del av kodens helhet i prosjektet, men forhåpentligvis hjelper referansemålingene eventuelle brukere å få innsikt i standarene, samnt kodebruken. På den måten kan brukerne av koden gjøre opplyste valg når de tar i bruk koden. Her illustrerer vi hvor mye mer konservativ en tilnærmingsmetode er sammenlignet med en annen. Vi har også sammenlignet Model code 2010 med både Eurocode 2 - 2004-utgaven og den nye Eurocode 2 som snart skal lanseres. Her fant vi svakheter i Model code 2010 når det kommer til høytrykkfast betong basert på våre tester. Det kan også sees en trend med mer konservative resultater ved beregning med Model code 2010 sammenlignet med Eurokode 2 og den nyere utgaven av Eurokode 2.

Data programs is starting to become a big part of structural engineers every day. However, as of now, few open-source projects have been made to help replicating material behvior on a bigger scale. This is where fib now works on creating an open-source python package in GitHub for concrete design. This project can be of big help in saving time and increase the accuracy of how a structural engineer work. At the same time, it is important to be aware of how the code functions and the potential consequences of its utilization.

This thesis takes upon the implementing of Model code 2010 chapter 7.3.3 - 7.3.5, including most of the shear equations. The equations are implemented as functions in the python package containing a doc-string to elaboration for the inputs and objective of the function. The code was made with corresponding tests to minimize the possibility of errors. To further validate the implemented code, a benchmarking of the shear capacity without shear reinforcement was conducted. Here we analyzed how close different approximation methods in Model code 2010 and Eurocode 2 were to the actual capacity. There were also done research on the standard deviation of the different methods as well as changing parameters in the standard to see how it would affect the result. There are in total four files we have made, including plain shear, torsion, different casting time and punching. Each of these files also have corresponding tests.

A large part of the thesis is the benchmarking done for plain shear without shear reinforcements. This covers a small part of code, but can help users make an insightful choice when deciding to use a standard. Here we illustrate how much more conservative an approximation method is compared to another. We have also compared Model code 2010 with both Eurocode 2 - 2004 edition and the new Eurocode 2 that is soon to be released. Here we found weakness in the Model code 2010 when it comes to high strength concrete based on our tests. There can also be seen a trend of more conservative results when calculating with Model code 2010 compared to Eurocode 2 and the new version of Eurocode 2.