Modelowanie i analiza drgań własnych stalowo-betonowych belek zespolonych metodą elementów skończonych

Most technological machines generate vibrations which are transferred to either support systems or foundations. To ensure an object's safe operation, it is necessary to have adequate knowledge about dynamic properties of both machines and a supporting construction. A steel-concrete composite floor is an example of a supporting construction. It consists of steel beams connected with a reinforced concrete slab in a way that enables mating of both elements. This paper presents a discreet model of a steel-concrete composite beam that takes into account flexibility of the connection. An analysis of the beam's natural vibrations was conducted and the results were compared with those of experimental studies. Tests were performed on two sets of beams. In the first group of beams B1 a connection that consisted of steel stud connectors was used whereas perforated steel slats was used in the second groups of beams B2. The present paper is a report from the analysis that was conducted on the beams from group B2. The beam model was developed on Abaqus platform using deformable finite element method. Matlab system was used for the analysis and its environment was applied to control the model development and to identify the model's selected parameters. The beam model was made in two versions that differ in the approach to modelling connection. The developed model, after parameter identification, yields highly consistent results with those of experimental tests.Większość urządzeń technicznych wytwarza drgania, które przekazywane są na konstrukcje wsporcze lub fundamenty. W celu zapewnienia bezpiecznej eksploatacji obiektu niezbędne jest uwzględnienie właściwości dynamicznych zarówno maszyn, jak i konstrukcji wsporczej. Konstrukcją wsporczą jest na przykład stalowo-betonowy strop zespolony. Składa się z belek stalowych połączonych z płytą żelbetową w sposób umożliwiający współpracę obydwu tych elementów. W artykule przedstawiono model obliczeniowy stalowo-betonowej belki zespolonej uwzględniający podatność zespolenia. Prowadzono analizę jej drgań własnych i jej wyniki porównano z wynikami wykonanych badań doświadczalnych dla dwóch grup belek. W pierwszej grupie B1 stosowano zespolenie stalowymi sworzniami zespalającymi. W drugiej natomiast B2 stosowano zespolenie stalowymi listwami perforowanymi. W pracy analizie poddano belki z grupy B2. Model belki opracowano w systemie Abaqus wykorzystującym metodę odkształcalnych elementów skończonych. Do analizy stosowano oprogramowanie Matlab sterowania procesem przygotowania modelu oraz identyfikacją wybranych jego parametrów. Model belki opracowano w dwóch wersjach różniących się sposobem modelowania zespolenia. Użyto go także do identyfikacji parametrów. Uzyskano wyniki symulacji częstotliwości drgań o dużej zgodności z wynikami badań doświadczalnych

Identyfikacja parametrów stalowo-betonowych belek zespolonych metodą elementów skończonych

Steel-concrete composite elements are very often used as main elements of floors or in bridge engineering as main carrying girders. This paper presents computational models and an analysis of natural vibrations conducted on steel-concrete composite beams. Simulation results were compared with experimental research results for beams in groups B1 and B2. In the group of beams B1 a connection that consisted of steel stud connectors was used whereas perforated steel slats were used in group B2. For modelling and calculations, Abaqus platform and Matlab environment were used and the finite element method (FEM) was applied. Each beam model was made in two versions that differ in the approach to modelling connection. In the first modelling approach beam elements were used whereas in the second spring elements were applied. Both models, after parameter identification, provided very good consistency with experimental research results.Elementy zespolone stalowo - betonowe są najczęściej wykorzystywane jako główne elementy stropów oraz jako dźwigary nośne w mostach i wiaduktach. Niniejszy artykuł przedstawia modele obliczeniowe oraz analizę drgań swobodnych belek zespolonych stalowo - betonowych. Wyniki porównano z wynikami badań doświadczalnych belek z grupy B1 i B2. W grupie belek B1 zastosowano zespolenie w postaci stalowych sworzni zespalających, w grupie B2 zastosowano zespolenie w postaci stalowych listew perforowanych. Podczas modelowania i obliczeń użyto systemów Abaqus i Matlab, wykorzystując metodę elementów skończonych (MES). Model każdej belki wykonano dwukrotnie inaczej modelując zespolenie, raz wykorzystując w tym celu elementy belkowe, drugi raz z wykorzystaniem elementów sprężystych. Obydwa modele, po przeprowadzeniu identyfikacji ich parametrów, zapewniają wyniki o bardzo wysokiej zgodności z wynikami badań doświadczalnych

Diagnostyka uszkodzeń stalowo-betonowych belek zespolonych

The paper presents analysis results of steel-concrete composite beams, identification and attempts to detect damage introduced in a discrete model. Analysis of damage detection was conducted using DDL (Damage, Detection, Localization), our own original algorithm. Changes of dynamic and static parameters of the model were analysed in damage detection. Discrete wavelet transform was used for damage localization in the model. Prior to ultimate analysis, two-tier identification of discrete model parameters based on experimental data was made. In identification procedure, computational software (Python, Abaqus, Matlab) was connected in automated optimization loops. Results positively verified the original DDL algorithm for damage detection in steel-concrete composite beams, which enables further analysis using experimental data.Niniejszy artykuł przedstawia wyniki analiz stalowo-betonowych belek zespolonych, identyfikację oraz próby detekcji uszkodzeń wprowadzonych w modelu dyskretnym. Analizy detekcji uszkodzeń przeprowadzono na podstawie opracowanego algorytmu UDL (Uszkodzenia D-detekcja, L-Lokalizacja). Podczas diagnostyki uszkodzeń analizowano zmiany w parametrach dynamicznych i statycznych modelu. Podczas lokalizacji uszkodzeń modelu wykorzystano dyskretną transformatę falkową. Analizy docelowe zostały poprzedzone dwupoziomowym procesem identyfikacji wybranych parametrów modelu dyskretnego w oparciu o wyniki badań doświadczalnych. Procedury identyfikacji przeprowadzono łącząc programy obliczeniowe (Python, Abaqus, Matlab) w automatyczne pętle optymalizacyjne. Wyniki przeprowadzonych analiz pozytywnie weryfikują opracowany algorytm UD-L do diagnostyki uszkodzeń stalowo-betonowych belek zespolonych, co pozwala na dalsze analizy w oparciu o badania doświadczalne