AN ADVANCED COMPUTATIONAL TOOL FOR INELASTIC ANALYSIS OF STEEL STRUCTURES

Σχετικά έγγραφα
ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΥΠΟΣΤΥΛΩΜΑΤΑ ΥΠΟ ΘΛΙΨΗ ΚΑΙ ΚΑΜΨΗ

Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗΣ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

ΣΤΑΤΙΚΗ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΛΩ ΙΩΤΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Αλληλεπίδραση Ανωδοµής-Βάθρων-Θεµελίωσης-Εδάφους σε Τοξωτή Οδική Μεταλλική Γέφυρα µε Σύµµικτο Κατάστρωµα

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών Τοµέας οµοστατικής ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗ ΑΣΤΟΧΙΑΣ ΑΠΟ ΛΥΓΙΣΜΟ ΚΑΙ ΠΛΑΣΤΙΚΟΠΟΙΗΣΗ ΣΕ ΜΕΤΑΛΛΙΚΑ ΠΛΑΙΣΙΑ

ADVANCED STRUCTURAL MECHANICS

ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΑΝΑΛΥΤΙΚΩΝ ΚΑΙ ΑΡΙΘΜΗΤΙΚΩΝ ΜΕΘΟ ΩΝ ΓΙΑ ΤΗ

Introduction to Theory of. Elasticity. Kengo Nakajima Summer

ΑΛΛΗΛΕΠΙ ΡΑΣΗ ΜΟΡΦΩΝ ΛΥΓΙΣΜΟΥ ΣΤΙΣ ΜΕΤΑΛΛΙΚΕΣ ΚΑΤΑΣΚΕΥΕΣ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΤΟΜΕΑΣ ΟΜΟΣΤΑΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΜΕΤΑΛΛΙΚΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ

Strain gauge and rosettes

MECHANICAL PROPERTIES OF MATERIALS

ΕΛΕΓΧΟΣ ΤΩΝ ΠΑΡΑΜΟΡΦΩΣΕΩΝ ΧΑΛΥΒ ΙΝΩΝ ΦΟΡΕΩΝ ΜΕΓΑΛΟΥ ΑΝΟΙΓΜΑΤΟΣ ΤΥΠΟΥ MBSN ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΚΑΛΩ ΙΩΝ: ΠΡΟΤΑΣΗ ΕΦΑΡΜΟΓΗΣ ΣΕ ΑΝΟΙΚΤΟ ΣΤΕΓΑΣΤΡΟ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΛΥΓΙΣΜΟΣ ΠΛΑΚΩΝ ΚΑΙ Η ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΤΟΥ ΣΤΗΝ ΚΑΤΑΤΑΞΗ ΤΩΝ ΙΑΤΟΜΩΝ

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

2 Composition. Invertible Mappings

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

Dr. D. Dinev, Department of Structural Mechanics, UACEG

Partial Differential Equations in Biology The boundary element method. March 26, 2013

Chapter 7 Transformations of Stress and Strain

Απόκριση σε Μοναδιαία Ωστική Δύναμη (Unit Impulse) Απόκριση σε Δυνάμεις Αυθαίρετα Μεταβαλλόμενες με το Χρόνο. Απόστολος Σ.

Εφαρµογή µεθόδων δυναµικής ανάλυσης σε κατασκευές µε γραµµική και µη γραµµική συµπεριφορά

ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΣΥΜΠΕΡΙΦΟΡΑΣ ΤΟΞΩΝ ΑΠΟ ΧΑΛΥΒΑ

ΑΞΙΟΠΙΣΤΙΑ ΘΕΩΡΙΑΣ ΛΕΠΤΟΤΟΙΧΩΝ ΙΑΤΟΜΩΝ ΣΕ ΡΑΒ ΟΥΣ ΥΠΟ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΗ ΕΛΑΣΤΟΠΛΑΣΤΙΚΗ ΟΜΟΙΟΜΟΡΦΗ ΣΤΡΕΨΗ

ES440/ES911: CFD. Chapter 5. Solution of Linear Equation Systems

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

CHAPTER 25 SOLVING EQUATIONS BY ITERATIVE METHODS

EΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΙΑΓΡΑΜΜΑΤΑ ΡΟΗΣ ΙΑΣΤΑΣΙΟΛΟΓΗΣΗΣ ΣΥΜΜΕΙΚΤΩΝ ΣΤΟΙΧΕΙΩΝ ΒΑΣΕΙ ΤΟΥ EC4 KAI ΣΥΓΚΡΙΣΗ ΜΕ ΤΟΝ LRFD

Appendix to On the stability of a compressible axisymmetric rotating flow in a pipe. By Z. Rusak & J. H. Lee

Homework 8 Model Solution Section

HOMEWORK 4 = G. In order to plot the stress versus the stretch we define a normalized stretch:

Jesse Maassen and Mark Lundstrom Purdue University November 25, 2013

Second Order Partial Differential Equations

High order interpolation function for surface contact problem

Areas and Lengths in Polar Coordinates

Areas and Lengths in Polar Coordinates

Math 6 SL Probability Distributions Practice Test Mark Scheme

DESIGN OF MACHINERY SOLUTION MANUAL h in h 4 0.

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ


Example Sheet 3 Solutions

1 String with massive end-points

ANSWERSHEET (TOPIC = DIFFERENTIAL CALCULUS) COLLECTION #2. h 0 h h 0 h h 0 ( ) g k = g 0 + g 1 + g g 2009 =?

«Διερεύνηση μη γραμμικής συμπεριφοράς μεταλλικών διατμητικών τοιχωμάτων»

ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΚΥΠΡΟΥ ΣΧΟΛΗ ΜΗΧΑΝΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΑΣ. Πτυχιακή εργασία

ECTS ΕΥΡΩΠΑΪΚΟ ΣΥΣΤΗΜΑ ΜΕΤΑΦΟΡΑΣ ΑΚΑΔΗΜΑΪΚΩΝ ΜΟΝΑΔΩΝ ΣΤΗΝ ΕΥΡΩΠΑΪΚΗ ΕΝΩΣΗ. (Α) Λίστα με τα στοιχεία των μαθημάτων στα ελληνικά. Κωδικός μαθήματος:

Διπλωματική Εργασία. Μελέτη των μηχανικών ιδιοτήτων των stents που χρησιμοποιούνται στην Ιατρική. Αντωνίου Φάνης

the total number of electrons passing through the lamp.

[1] P Q. Fig. 3.1

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ

Constitutive Equation for Plastic Behavior of Hydrostatic Pressure Dependent Polymers

Lecture 26: Circular domains

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ. ΣΧΟΛΗ ΠΟΛΙΤΙΚΩΝ ΜΗΧΑΝΙΚΩΝ ΙΑΤΜΗΜΑΤΙΚΟ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΟ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΣΠΟΥ ΩΝ οµοστατικός Σχεδιασµός και Ανάλυση Κατασκευών

ST5224: Advanced Statistical Theory II

ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ ΚΑΙ ΕΝΙΣΧΥΣΗ ΤΩΝ ΚΟΜΒΩΝ ΟΠΛΙΣΜΕΝΟΥ ΣΚΥΡΟΔΕΜΑΤΟΣ ΜΕ ΒΑΣΗ ΤΟΥΣ ΕΥΡΩΚΩΔΙΚΕΣ

Οριακή και Παραμορφωσιακή Ανάλυση Κατασκευών με χρήση Μαθηματικού Προγραμματισμού

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών. Τοµέας οµοστατικής Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών

ΠΣΤΥΙΑΚΗ ΔΡΓΑΙΑ. Μειέηε Υξόλνπ Απνζηείξσζεο Κνλζέξβαο κε Τπνινγηζηηθή Ρεπζηνδπλακηθή. Αζαλαζηάδνπ Βαξβάξα

EE512: Error Control Coding

Matrices and Determinants

D Alembert s Solution to the Wave Equation

Démographie spatiale/spatial Demography

Ingenieurbüro Frank Blasek - Beratender Ingenieur Am Kohlhof 10, Osterholz-Scharmbeck Tel: 04791/ Fax: 04791/

Ingenieurbüro Frank Blasek - Beratender Ingenieur Am Kohlhof 10, Osterholz-Scharmbeck Tel: 04791/ Fax: 04791/

ΕΘΝΙΚΟ ΜΕΤΣΟΒΙΟ ΠΟΛΥΤΕΧΝΕΙΟ

AN ADVANCED BEAM ELEMENT FOR THE ANALYSIS OF STEEL STRUCTURES

Phys460.nb Solution for the t-dependent Schrodinger s equation How did we find the solution? (not required)

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Τµήµα Πολιτικών Μηχανικών Τοµέας οµοστατικής Εργαστήριο Μεταλλικών Κατασκευών

Assalamu `alaikum wr. wb.

Aerodynamics & Aeroelasticity: Beam Theory

On a four-dimensional hyperbolic manifold with finite volume

ΠΡΟΜΕΛΕΤΗ ΥΨΗΛΩΝ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΜΕ ΤΗ ΧΡΗΣΗ ΙΣΟ ΥΝΑΜΟΥ ΠΡΟΒΟΛΟΥ

DETERMINATION OF THE ROTATIONAL CAPACITY OF COMPACT STEEL BEAMS AT ELEVATED TEMPERATURES CONSIDERING LOCAL AND GLOBAL GEOMETRIC IMPERFECTIONS

Concrete Mathematics Exercises from 30 September 2016

ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΜΕΘΟ ΩΝ ΣΧΕ ΙΑΣΜΟΥ

ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΠΕΙΡΑΙΑ ΤΜΗΜΑ ΝΑΥΤΙΛΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΠΡΟΓΡΑΜΜΑ ΜΕΤΑΠΤΥΧΙΑΚΩΝ ΣΠΟΥΔΩΝ ΣΤΗΝ ΝΑΥΤΙΛΙΑ

b. Use the parametrization from (a) to compute the area of S a as S a ds. Be sure to substitute for ds!

ΜΑΘΗΜΑΤΙΚΗ ΠΡΟΣΟΜΟΙΩΣΗ ΤΗΣ ΔΥΝΑΜΙΚΗΣ ΤΟΥ ΕΔΑΦΙΚΟΥ ΝΕΡΟΥ ΣΤΗΝ ΠΕΡΙΠΤΩΣΗ ΑΡΔΕΥΣΗΣ ΜΕ ΥΠΟΓΕΙΟΥΣ ΣΤΑΛΑΚΤΗΦΟΡΟΥΣ ΣΩΛΗΝΕΣ ΣΕ ΔΙΑΣΤΡΩΜΕΝΑ ΕΔΑΦΗ

ΚΥΠΡΙΑΚΗ ΕΤΑΙΡΕΙΑ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ CYPRUS COMPUTER SOCIETY ΠΑΓΚΥΠΡΙΟΣ ΜΑΘΗΤΙΚΟΣ ΔΙΑΓΩΝΙΣΜΟΣ ΠΛΗΡΟΦΟΡΙΚΗΣ 19/5/2007

Macromechanics of a Laminate. Textbook: Mechanics of Composite Materials Author: Autar Kaw

ΑΡΙΣΤΟΤΕΛΕΙΟ ΠΑΝΕΠΙΣΤΗΜΙΟ ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗΣ ΤΜΗΜΑ ΟΔΟΝΤΙΑΤΡΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΤΗΡΙΟ ΟΔΟΝΤΙΚΗΣ ΚΑΙ ΑΝΩΤΕΡΑΣ ΠΡΟΣΘΕΤΙΚΗΣ

ΑΝΩΤΑΤΗ ΣΧΟΛΗ ΠΑΙ ΑΓΩΓΙΚΗΣ ΚΑΙ ΤΕΧΝΟΛΟΓΙΚΗΣ ΕΚΠΑΙ ΕΥΣΗΣ ΠΑΡΑΔΟΤΕΟ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΗ ΕΡΓΑΣΙΑ ΣΕ ΔΙΕΘΝΕΣ ΕΠΙΣΤΗΜΟΝΙΚΟ ΠΕΡΙΟΔΙΚΟ

Congruence Classes of Invertible Matrices of Order 3 over F 2

Spherical Coordinates

Συγκριτική Αξιολόγηση Προσοµοιωµάτων Τοιχείων και Πυρήνων Κτηρίων µε τη Μέθοδο των Πεπερασµένων Στοιχείων και Πειραµατικά Αποτελέσµατα

Approximation of distance between locations on earth given by latitude and longitude

Section 8.3 Trigonometric Equations

Inverse trigonometric functions & General Solution of Trigonometric Equations

Problem Set 9 Solutions. θ + 1. θ 2 + cotθ ( ) sinθ e iφ is an eigenfunction of the ˆ L 2 operator. / θ 2. φ 2. sin 2 θ φ 2. ( ) = e iφ. = e iφ cosθ.

3.4 SUM AND DIFFERENCE FORMULAS. NOTE: cos(α+β) cos α + cos β cos(α-β) cos α -cos β

ΑΝΑΠΤΥΞΗ ΣΕΝΑΡΙΩΝ ΒΕΛΤΙΣΤΟΠΟΙΗΣΗΣ ΤΗΣ ΔΙΑΧΕΙΡΙΣΗΣ ΚΑΙ ΤΗΣ ΥΔΡΟΗΛΕΚΤΡΙΚΗΣ ΠΑΡΑΓΩΓΗΣ ΤΟΥ ΥΔΡΟΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ ΤΟΥ ΠΟΤΑΜΟΥ ΝΕΣΤΟΥ

Mechanical Behaviour of Materials Chapter 5 Plasticity Theory

상대론적고에너지중이온충돌에서 제트입자와관련된제동복사 박가영 인하대학교 윤진희교수님, 권민정교수님

ΓΕΩΜΕΣΡΙΚΗ ΣΕΚΜΗΡΙΩΗ ΣΟΤ ΙΕΡΟΤ ΝΑΟΤ ΣΟΤ ΣΙΜΙΟΤ ΣΑΤΡΟΤ ΣΟ ΠΕΛΕΝΔΡΙ ΣΗ ΚΤΠΡΟΤ ΜΕ ΕΦΑΡΜΟΓΗ ΑΤΣΟΜΑΣΟΠΟΙΗΜΕΝΟΤ ΤΣΗΜΑΣΟ ΨΗΦΙΑΚΗ ΦΩΣΟΓΡΑΜΜΕΣΡΙΑ

( ) 2 and compare to M.

Section 9.2 Polar Equations and Graphs

ΙΕΡΕΥΝΗΣΗ ΕΙ ΙΚΩΝ ΘΕΜΑΤΩΝ ΑΝΗΡΤΗΜΕΝΟΥ ΣΤΕΓΑΣΤΡΟΥ ΜΕΣΩ ΜΗ ΓΡΑΜΜΙΚΩΝ ΑΝΑΛΥΣΕΩΝ ΜΕ ΠΕΠΕΡΑΣΜΕΝΑ ΣΤΟΙΧΕΙΑ

Mechanics of Materials Lab

Περίπτωση Μελέτης Θαλάσσιας Κατασκευής με χρήση λογισμικού και με βάση Κώδικες (Compliant Tower) (8.1.10)

Homework 3 Solutions

Transcript:

AN ADVANCED COMPUTATIONAL TOOL FOR INELASTIC ANALYSIS OF STEEL STRUCTURES Andreas E. Kampitsis Civil Engineer, MSc, PhD Student Institute of Structural Analysis, School of Civil Engineering National Technical University of Athens Zografou Campus, GR 157 73 Athens, Greece e-mail: cvakamb@gmail.com Evangelos J. Sapountzakis Professor N.T.U.A. Institute of Structural Analysis, School of Civil Engineering National Technical University of Athens Zografou Campus, GR 157 73 Athens, Greece e-mail: cvsapoun@central.ntua.gr 1. ABSTRACT In this paper an advanced computational tool for the inelastic analysis of steel structures accounting for axial-shear flexure interaction, is presented. The proposed formulation is based on Boundary Element Method (BEM). The steel member is subjected to arbitrarily distributed or concentrated vertical loading along its length, while its edges are subjected to the most general boundary conditions. A disacement based procedure is emoyed and inelastic redistribution is modeled through a distributed asticity model exoiting material constitutive laws and numerical integration over the cross-sections. An incremental - iterative solution strategy along with an efficient iterative process are emoyed, while the arising boundary value problem is solved emoying the boundary element method. The proposed computational tool is emoyed for the analysis of representative numerical apications, illustrating its efficiency and accuracy. 2. INTRODUCTION Design of steel structures based on elastic analysis are most likely to be extremely conservative not only due to significant difference between initial yield and full astification in a cross section, but also due to the unaccounted for yet significant reserves of strength that are not mobilized in redundant members until after inelastic redistribution takes ace. Thus, material nonlinearity is important for investigating the ultimate strength of a steel member that resists bending loading, while distributed asticity models are acknowledged in the literature [1-3] to capture more rigorously

material nonlinearities than cross sectional stress resultant approaches [4] or lumped asticity idealizations [5, 6]. In this paper, a boundary element method is developed for the inelastic analysis of steel members accounting for axial-shear flexure interaction. The essential features and novel aspects of the present formulation compared with previous ones are summarized as follows. i. Axial, shear and flexure interaction is incorporated in this formulation. ii. The shear deformation effect in the steel member is taken into account while shear locking is avoided by emoying the same order of approximation for both the rotation due to bending and the derivative of the deflection. iii. The formulation is a disacement based one taking into account inelastic redistribution along the member axis by exoiting material constitutive laws and numerical integration over the cross sections (distributed asticity approach). iv. An incremental - iterative solution strategy is adopted to restore global equilibrium of the beam. v. The beam is supported by the most general nonlinear boundary conditions including elastic support or restrain. vi. To the authors knowledge, a BEM approach has not yet been used for the solution of the aforementioned problem, while the developed procedure retains most of the advantages of a BEM solution even though domain discretization is required. Numerical results are worked out to illustrate the method, demonstrate its efficiency and accuracy. 3. STATEMENT OF THE PROBLEM Let us consider a steel member of length l of arbitrary constant cross-section having at least one axis of symmetry (z-axis), occupying the two dimensional multiy connected region of the y,z ane bounded by the j j 1,2,...,K boundary curves, which are piecewise smooth, i.e. they may have a finite number of corners. The normal stress-strain relationship of the material is assumed to be elastic-asticstrain hardening with initial modulus of elasticity E 0, shear modulus G, post-yield modulus of elasticity E t, yield stress Y 0 and yield strain Y0. The member is subjected to the combined action of arbitrarily distributed or concentrated transverse loading m x acting in the x direction. pz x and bending moment y 3.1 Equations of global equilibrium To establish global equilibrium equations, the princie of virtual work neglecting body forces is emoyed, that is S S dv t u t w df xx xx xz xz x z (1) V F where the integral quantities represent the strain energy and the external load work while denotes virtual quantities, V is the volume and F is the surface of the

member. After conducting some algebraic manipulations, the global equilibrium equations are obtained as N d N N dn EAu ww px px x dx dx M dm EI GA zw Q m Q m x dx y y z y z y z y 1 2 N w Qz EA u' w' w GA zw p 2 x x dnw dqz dx el z y z along with its corresponding boundary conditions 1 2 a u a EAu' w' N a a u a N a 2 1 2 3 1 2 3 1 y 2 y y 3 1 y 2 y 3 b b EI M b b b M b (6) 1 1 2 2 z y z c w c EAu' w' w' N w GA z w Q c3 2 (7) c 1w c2vz c3 where u, w are the disacement components of the centroid, y is the angle of rotation due to bending of the cross-section with respect to its centroid, N, Q, M are the stress resultant corresponding to the internal axial force, shear force and bending moment, respectively, while a i,b i,c i (i 1,2,3 ) are functions specified at the member ends. dx z y (2) (3) (4) (5) 3.2 Integral Representations Numerical Solution According to the precedent analysis, the inelastic problem of steel members reduces to establishing the disacement components satisfying the boundary value problem described by the governing differential eq. (2-4) along the boundary conditions (5-7). This boundary value problem is solved emoying BEM [7], as this is developed in [8] for the solution of second order differential equation with constant coefficients, after some modifications. 4. NUMERICAL EXAMPLES The influence of the axial-shear flexure couing on the behavior of the steel structures is investigated in this exame. For this purpose, an I-shaped cross section beam of length l 2m, has been studied. The geometric properties of the selected cross section are given in Table 1, while the beam s material is considered to be elastic-perfectly astic with modulus of elasticity E 213.4GPa, shear modulus

y G 82GPa and yielding stress 285MPa. The beam is either clamed of fixedpinned supported, while it is subjected to monotonically increasing uniformly distributed load. The beam is discretized with 22 linear longitudinal elements, 43 quadrilateral cells (12 layers in the wed and 2 in each flange) and a 1 1 Gauss integration scheme for each cell. Total height h 0.3m Flange width t 0.02m Total width b 0.3m Web width t 0.01m Moment of Inertia Iy 25.0247 10-5 4 m Shear Correction Factor Table 1. Geometric properties of the I-shaped cross section f w a 5.3897 In Fig. 1(a,b) the load-disacement curves are presented, performing either geometrically linear or nonlinear analysis, for both the boundary condition cases. The results are compared with those obtained from a FEM model imemented in NX Nastran [9] by emoying 2400 quadrilateral shell elements. Excellent convergence between the results is observed. In the same figures the von Mises stress vm distribution is also presented illustrating the astification of the wed, as well as the non-symmetry of the normal stresses due to the developed axial force. Additionally, the flexure-only response is presented in these figures. Since the beam yields in shear, the Euler-Bernoulli model fails to capture the nonlinear response and overestimates the collapse load of approximately 320% for the clamed and 256% for the fixedpinned boundary conditions. z Fig 1. Midpoint load disacement curve of the clamed (a)and fixed-pinned (b) beam. The main reason for that divergence is its inability to predict the exact collapse mechanism. This can be also evident from the von Mises stress distribution contour diagram presented in Fig 2. In more detail, Fig. 2(a) show the stress distribution along the length of the web for geometrically nonlinear analysis as compared with those obtained from the shell model [9], while in Fig. 2 (b) the same results are resented for

Height (m) Height (m) geometrically linear analysis. From this figure, the predominant shear character of the collapse mechanism is observed while the accuracy of the proposed beam formulation is verified. 0.15 Geometrically Nonlinear Analysis - Load 720kN/m 0-0.15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Present Study FEM Shell Model Nastran [9] (a) 0.15 Geometrically Linear Analysis - Load=680kN/m 0-0.15 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 Present Study FEM Shell Model Nastran [9] (b) Fig.2 von Mises stress distribution contour diagrams along the length of the web for geometrically nonlinear (a) & linear (b) analysis. 5. CONCLUDING REMARKS In this paper, BEM approach is developed for the inelastic analysis of steel members accounting for axial-shear flexure interaction. The main conclusions that can be drawn from this investigation are: a. The proposed beam formulation is capable of obtaining results of high accuracy, as verified by comparing with 2D/3D FEM models, with minimum computational cost. Its advantageous character over more refined approaches is also enhanced by the following:

The developed beam formulation reduces significantly modeling effort (shell/solid models require cumbersome pre-processing even in relatively sime cases). It permits isolation of structural phenomena and results interpretation (quantities such as stress resultants etc. are also evaluated in contrast to shell/solid model which yields only disacements and stress components). It allows straightforward model handling (boundary conditions and external loading are easily simulated). It facilitates parametric analyses (solid modeling often requires construction of multie models). b) Accurate results are obtained using a relatively small number of nodal points across the longitudinal axis. c) The interaction between shear and flexure is of paramount importance in the inelastic analysis of steel structures. d) The influence of the geometrically nonlinear analysis is confirmed. 6. ACKNOWLEDGMENT This research has been financially supported by the Bodossakis Foundation 7. REFERENCES [1] Nukala P.and White D. A mixed finite element for three-dimensional nonlinear analysis of steel frames, Computer Methods in Apied Mechanics and Engineering, Vol. 193, 2004, pp. 2507-2545. [2] Teh L. and Clarke M. Plastic-zone analysis of 3D steel frames using beam elements, Journal of Structural Engineering, Vol. 125, 1999, pp. 1328-1337. [3] Saritas A. and Filippou FC. Frame Element for Metallic Shear-Yielding Members under Cyclic Loading, J. Struct. Engrg, Vol. 135, 2009, pp. 1115-1123. [4] Attalla MR., Deierlein GG. and McGuire W. Spread of Plasticity: Quasi- Plastic-Hinge Approach, J. Struct. Engrg, Vol. 120, 1994, pp. 2451-2473. [5] Orbison JG., McGuire W. and Abel JF., Yield surface apications in nonlinear steel frame analysis, Computer Methods in Apied Mechanics and Engineering, Vol. 33, 1982, pp. 557-573. [6] Ngo-Huu C., Kim S. and Oh J., Nonlinear analysis of space steel frames using fiber astic hinge concept, Engineering Structures, Vol. 29, 2007, pp. 649-657. [7] Katsikadelis JT., Boundary Elements: Theory and Apications, Amsterdam- London, United Kingdom, Elsevier, 2002. [8] Sapountzakis EJ., Solution of non-uniform torsion of bars by an integral equation method, Computers and Structures, Vol. 77, 2000, pp. 659-667. [9] NX Nastran User s Guide, Siemens PLM Software Inc, 2007.

ΣΤΟΙΧΕΙΟ ΔΟΚΟΥ ΓΙΑ ΠΡΟΧΩΡΗΜΕΝΗ ΑΝΕΛΑΣΤΙΚΗ ΑΝΑΛΥΣΗ ΚΑΤΑΣΚΕΥΩΝ ΑΠΟ ΧΑΛΥΒΑ Ανδρέας Ε. Καμπίτσης Πολιτικός Μηχανικός, MSc, Υποψήφιος Διδάκτωρ Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, Αθήνα 15780 e-mail: cvakamb@gmail.com Ευάγγελος Ι. Σαπουντζάκης Καθηγητής E.M.Π. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών, Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο Πολυτεχνειούπολη Ζωγράφου, Αθήνα 15780 e-mail: cvsapoun@central.ntua.gr ΠΕΡΙΛΗΨΗ Στην παρούσα εργασία, παρουσιάζεται η μεθοδολογία για τη ανάπτυξη στοιχείου δοκού για την ανελαστική ανάλυση κατασκευών από χάλυβα, λαμβάνοντας υπόψη την αλληλεπίδραση αξονικής, τέμνουσας και καμπτικής ροπής. Η προτεινόμενη μεθοδολογία βασίζεται στη Μέθοδο Συνοριακών Στοιχείων (ΒΕΜ). Το δομικό στοιχείο, τυχούσης διατομής μονής συμμετρίας, υπόκειται στις πλέον γενικές μη γραμμικές συνοριακές συνθήκες, ενώ κατά την ανάλυση λαμβάνεται υπόψη το φαινόμενο διατμητικής παραμόρφωσης με τη βοήθεια της θεωρίας δοκού Timoshenko, η οποία συνυπολογίζει έμμεσα το φαινόμενο αυτό μέσω διορθωτικών συντελεστών διάτμησης. Το στοιχείο υπόκειται σε τυχαία κατανεμημένα ή/και συγκεντρωμένα αξονικά και εγκάρσια φορτία. Οι εξισώσεις ισορροπίας εξάγονται στην παραμορφωμένη κατάσταση συνυπολογίζοντας τη γεωμετρική μη γραμμικότητα λόγω των μετρίως μεγάλων μετατοπίσεων. Οι πλαστικές παραμορφώσεις προσδιορίζονται μέσω προσομοιώματος κατανεμημένης πλαστικότητας (distributed asticity model) χρησιμοποιώντας τριδιάστατες καταστατικές σχέσεις. Οι σχέσεις αυτές ολοκληρώνονται με τη βοήθεια κατάλληλης επαναληπτικής μεθόδου. Η αποτελεσματικότητα και το εύρος εφαρμογής της μεθόδου παρουσιάζεται μέσα από παραδείγματα με ιδιαίτερο πρακτικό ενδιαφέρον.