53
Comprehensive Examination

Comprehensive Examination (structural engineering)

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Comprehensive

Examination

Page 2: Comprehensive  Examination (structural engineering)

ประธานกรรมการ

ผศ.ดร. ธรพงศ จนทรเพง

กรรมการรวม

อ.ดร. รงสรรค วงศจรภทร

ผแทนบณฑตวยาลย

อ.ดร. ปารเมศ กาแหงฤทธรงค

Page 3: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Coursework Outline

Advanced Solid Mechanics

Mathematics Methods in Structural

Engineering

Advanced Reinforced Concrete

Matrix Methods in Structural Analysis

Bridge Design

Advanced Steel Structures

Advanced Concrete Technology

วชาเอกบงคบ

วชาเอกเลอก

Page 4: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Advanced

Solid Mechanics

Page 5: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Basic of Analysis

Equilibriam

Constitutive Law

Kinematics

Page 6: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Basic of Analysis

Displacement

External Forces

and Moments Strains

Internal Forces

And Moment Stress

Static Equivalency

ε =∆LL

σ = Eε

σ =Mc

I

Page 7: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Stress-strain relationship

Stress Tensor

𝑇 =𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑥𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑥𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑥 𝜎𝑥𝑥

Shear stress

Normal stress

𝜎𝑥𝑥

Plane-x Direction-y

Strain Tensor

𝑇 =𝜀𝑥𝑥 𝜀𝑥𝑥 𝜀𝑥𝑥𝜀𝑥𝑥 𝜀𝑥𝑥 𝜀𝑥𝑥𝜀𝑥𝑥 𝜀𝑥𝑥 𝜀𝑥𝑥

Page 8: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Failure Criteria

Mode of failure

1. By excessive deflection

2. By general yielding

3. By fracture

4. By instability (Bucking)

- Yielding of Brittle Metals

- Yielding of Ductile Metals

- Alternative Yield Criteria

Page 9: Comprehensive  Examination (structural engineering)

1. Maximum Principal Stress Theory 𝜎𝑒 = max 𝜎1 , 𝜎2 , 𝜎3

𝑓 = 𝜎𝑒 − 𝑌

Yielding

of Brittle

Metals

3. Strain Energy Density Criterion

𝜎𝑒 = 𝜎12 + 𝜎22 + 𝜎23 − 2𝜈(𝜎1𝜎2 + 𝜎2𝜎3 + 𝜎1𝜎3)

𝑓 = 𝜎𝑒2 − 𝑌2

2. Maximum Principal Stain Theory 𝜎𝑒 = max

𝑖>𝑗>𝑘𝜎𝑖 − 𝜈𝜎𝑗 − 𝜈𝜎𝑘

𝑓 = 𝜎𝑒 − 𝑌

Page 10: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Yielding

of Ductile

Metals

1. Maximum Shear-Stress Theory

𝜎𝑒 = max (𝜏1, 𝜏2, 𝜏3) ,𝑓 = 𝜎𝑒2 − 𝑌2

2. Distortional Energy Density Criterion (Von mises)

𝜎𝑒 = 12

[ 𝜎1 − 𝜎2 2 + 𝜎2 − 𝜎3 2 + 𝜎3 − 𝜎1 2] ,

𝑓 = 𝜎𝑒2 − 𝑌2

Page 11: Comprehensive  Examination (structural engineering)

1. Mohr-Coulomb Yield Criterion 𝑓 = 𝜎1 − 𝜎3 + 𝜎1 + 𝜎3 sin𝜙 − 2𝑐 cos𝜙

2. Drucker-Prager Yield Criterion

𝑓 = 𝛼𝐼1 + 𝐽2 − 𝐾 𝛼 = 2 sin 𝜙3(3−sin 𝜙)

𝐾 = 6𝑐 cos 𝜙3(3−sin 𝜙)

Alternative

Yield

Criteria

Presenter
Presentation Notes
ทางเลอกของการคลากแบบอน ใชในหน คอนกรตและดน
Page 12: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Shear center

𝐹𝑙 = � 𝑞 𝑑𝑙𝑏

0 𝑞 =

𝑉𝑥𝑄𝐼𝑥

𝑒 =𝐹𝑙ℎ𝑉′

Page 13: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Linear Elastic

1. Symmetrical Bending : 𝜎𝑥𝑥 = 𝑀𝑥𝑌𝐼𝑥

, 𝜎𝑥𝑥 = 𝑀𝑦𝑋𝐼𝑦

2. Unsymmetrical Bending

– Load : 𝜎𝑥𝑥 = 𝑀𝑥𝑌𝐼𝑥

− 𝑀𝑦𝑋𝐼𝑦

– Geometry : 𝜎𝑥𝑥 = 𝑀𝑥(𝑥−𝑥 tan 𝛼)𝐼𝑥−𝐼𝑥𝑦 tan 𝛼

, tan𝛼 = 𝐼𝑥𝑦−𝐼𝑥 cot 𝜃𝐼𝑦−𝐼𝑥𝑦 cot 𝜃

Fully Plastic

𝑀𝑝 =𝑌𝑏ℎ2

4

Bending

Page 14: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Torsion

Linear Elastic

•Circular Cross Section

•Noncircular cross section

Inelastic

• Elastic-Plastic

• Fully Plastic

Presenter
Presentation Notes
Noncircular cross section ไมไดเรยน T = N.m, 𝜏 𝑌 = N/mm^2
Page 15: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Matrix Methods in Structural

Analysis

Page 16: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Stiffness Method

Flexibility Method

1. Equilibrium of force

2. Compatibility of deformations

3. Hooke’s low

1. Equilibrium of force

2. Displacement continuity

3. Linear force-displacement

relationship

Page 17: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Stiffness Method

𝛿 = 𝐾 −1 𝐹

𝐹� = 𝐾� 𝛿

𝐹 = 𝐾 𝛿

𝑆 = 𝜎 𝛿

หา 𝐾� ใน Local coordinate System

Transform 𝐾� เปน global coordinate

System รวมเปน 𝐾

หา Nodal Displacement

หา Internal force จาก Stress matrix

Page 18: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Flexibility Method

𝑆 = 𝐵0 𝐹 + 𝐵1 𝑋

𝑆 = 𝑍 𝐹

𝑍 = 𝐵0 − 𝐵1(𝐵1𝑇𝐴𝐵1)−1𝐵1𝑇𝐴𝐵0

𝛿 = 𝑍 𝑇 𝐴 𝑆 = 𝐵0 𝑇 𝐴 𝑆

หา 𝐵0 และ 𝐵1จากการตดโครงสรางใหเปน

Primary structure ทมเสถยรภาพ

หา Internal force

หา Nodal Displacement

Page 19: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Mathematics

Methods in Structural

Engineering

Page 20: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Differential Equation

Ordinary differential equations (ODE)

Partial differential equations (PDE)

Algebraic equations Differential equations

𝑎𝑥2 + 𝑏𝑥 + 𝑐 = 0 𝑚𝑑2𝑦(𝑥)𝑑𝑥2 + 𝑐

𝑑𝑦(𝑥)𝑑𝑥 + y x

= sin(x)

Find the numerical values Find the functions

Page 21: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Ordinary differentiale

quations

(ODE)

Homogeneous Nonhomogeneous

0 = f(x) =

𝑦 = 𝑦ℎ 𝑦 = 𝑦ℎ + 𝑦𝑝

General solution General solution

+

Particular solution

Page 22: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Partial differential

equations

(PDE)

Fourier Series

𝑎0 = 1𝑇 ∫ 𝑓 𝑡 𝑑𝑡𝑇

0

𝑎𝑛 = 2𝑇 ∫ 𝑓 𝑡 cos 𝑛𝜔�𝑡 𝑑𝑡𝑇

0

𝑏𝑛 = 2𝑇 ∫ 𝑓 𝑡 sin 𝑛𝜔�𝑡 𝑑𝑡𝑇

0

𝑓 𝑡 = 𝑎0 + �𝑎𝑛 cos 𝑛𝜔�𝑡∞

𝑛=1

+ �𝑏𝑛 sin 𝑛𝜔�𝑡∞

𝑛=1

Presenter
Presentation Notes
Partial differential equations (PDE) หรอ สมการอนพนธยอย เปนสมการทรวม Partial Diff ตงแต 2 ตวแปรขนไป ซงมลกษณะเปนอสระตอกน ตวอยางทใชเชน เชอก งานสะพาน Dynamic Structure โดยในการแกปญหาจะประยกต ใชสมการอนพนธแบบสามญรวมกบ Fourier Transform Fourier series เปนการวเคราะหแยกสวนประกอบของฟงกชนคาบใหออกมาเปน Cos และ Sine ทอสระตอกนดงรปทแสดงฟงกชนฟนปลา เราสามารถแปลงฟงกชน Sin รวมกน ยงมพจน Sine เยอะๆ ฟงกชนทวเคราะหออกมากจะใกลเคยงฟงกชนแรกมากขน
Page 23: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Matrix Algebra

Vector – Row vector : ∎ ∎ ∎ 1×𝑛

– Column vector : ∎∎∎ 𝑛×1

Matrix – Square Matrix : ∎ ∎∎ ∎ 𝑛×𝑛

– Rectangular Matrix : ∎ ∎ ∎∎ ∎ ∎ 𝑚×𝑛

Page 24: Comprehensive  Examination (structural engineering)

System of linear equations

A x b

Uniqueness of solution

0

6

0 10

x1

x2 0

6

0 10

x1

x2 0

6

0 10

x1

x2

No Solution A = 0

Infinite Solution A = 0

Ill-condition A → 0

Page 25: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Eigenvalue Problems

Ax = λ x

Eigenvalues Eigenvectors A − λI x = 0

Trivial Solution x = 0

Nontrivial Solutions

from det(A − λ𝐼) = 0 Standard Form

Ax1 = λ1x1

Ax2 = λ2x2

Ax3 = λ3x3

Axn = λnxn

Page 26: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Roots of Equations

Bracketing methods

Bisection :

𝑥𝑟 = 𝑥𝑙+𝑥𝑢2

False-position :

𝑥𝑟 = 𝑥𝑢 −𝑓(𝑥𝑢)(𝑥𝑙−𝑥𝑢)𝑓 𝑥𝑙 −𝑓(𝑥𝑢)

Open methods

Newton-Raphson Method

𝑥𝑖+1 = 𝑥𝑖 −𝑓(𝑥𝑖)𝑓′(𝑥𝑖)

Page 27: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Interpolation

Assumption:

Data are accurate and distinct.

To do:

Find a smooth curve through the data points.

Curve fitting & Interpolation

Curve fitting

Assumption:

Data contain scatter(noise), usually due to

measurement errors.

To do:

Find a smooth curve that approximates

the data.

Presenter
Presentation Notes
การประมาณคาเสนโคง ม 2 แบบดวยกนคอ Curve fitting ใชกบขอมลทเราทราบวามคา Error หรอม Noise ปะปนอยเสนทไดจะไมตองผานจด Interpolation ใชกบขอมลทมความแมนยำแลว เสนทไดจะผานจด
Page 28: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Numerical Differential & Integration

Differentiation

1. Finite difference approximations

2. Derivative by interpolation

Integration

1. Newton-Cote formulas

2. Gaussian integration

Page 29: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Advanced

Reinforced Concrete

Page 30: Comprehensive  Examination (structural engineering)

พฤตกรรมการรบแรงดด

1. ชวงกอนการแตกราว

2. ชวงคอนกรตใตแกนสะเทนราวบางสวน

3. จดท เหลกเสรมถงจดคราก

4. ชวงหลกการเรมตนการครากของเหลก

Page 31: Comprehensive  Examination (structural engineering)

ความสมพนธ M−𝛟 แบบประมาณ

ทจดเรมตนการคราก

ทกาลงประลย

Presenter
Presentation Notes
Stain นอยกวา 0.007
Page 32: Comprehensive  Examination (structural engineering)

ความสมพนธ M−𝛟 แบบประมาณ

𝑀𝑥 = 𝐴𝑠𝑓𝑥(𝑑 −𝑘𝑑3 ) ≤ 𝑀𝑢

𝜙𝑥 =𝜀𝑥

𝑑 − 𝑘𝑑

𝑀𝑢 = 𝐴𝑠𝑓𝑥𝑑(1 − 0.59𝜌𝑓𝑥𝑓′𝑐

)

𝜙𝑢 =0.003𝑘𝑢𝑑

ทจดเรมตนการคราก ทกาลงประลย

Page 33: Comprehensive  Examination (structural engineering)

พฤตกรรมการรบแรงอด

เสาเหลกปลอกเกลยว เสาเหลกปลอกเดยว

Page 34: Comprehensive  Examination (structural engineering)

พฤตกรรมการรบแรงอดรวมกนแรงดด

Page 35: Comprehensive  Examination (structural engineering)

พฤตกรรมการรบแรงของเสาชะลด

Page 36: Comprehensive  Examination (structural engineering)

1. คานชวงการเฉอนยาวมาก : a d⁄ = 6

2. คานชวงการเฉอนยาว : a d⁄ = 3 หรอ 4

3. คานชวงการเฉอนสน : 2.5 > a d > 1⁄

4. คานลก : a d ≤ 1⁄

พฤตกรรมการรบแรงเฉอน

Page 37: Comprehensive  Examination (structural engineering)

พฤตกรรมการรบแรงบด

Page 38: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Advanced

Steel Structures

Page 39: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Beam Behavior– Flexure

Page 40: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Method of Plastic Analysis

1. Must have enough hinges to form mechanism

2. Moment diagram must be in equilibrium with applied load

3. lMl ≤ l𝑀𝑃 l everywhere

Presenter
Presentation Notes
ถาจะวบตตองมhing 3 ตวคอกลางคานและจดรองระบทงสองดาน ออกแบบใช Mp ตำสดมาใช วเคาระหใช P สงสดมาใช
Page 41: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Stiffeners

Page 42: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Torsion of I-Shape member

𝑇 = 𝑇𝑠𝑠 + 𝑇𝑤

𝑇𝑠𝑠 = The portion of T resisted by torsional shear stresses

𝑇𝑤 = The portion of T resisted as a result warping restraint

Page 43: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Bridge Design

Page 44: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Bridge Design

1. Aesthetics

2. Bridge types

- Concrete bridge

- Steel bridge

- Wood bridge

- Composite bridge

3. General design considerations

4. Loads

5. Bridge/system analysis

Presenter
Presentation Notes
Loads กระแสนำ DL LL แรงดนดน รถเบรก แรงหนศนยถวง รถชน เรอชน แผนดนไหว แรงเสยดทาน แรงกระแทก คนเดน การทรดตว shrinkage แรงลม Bridge/system analysis Gravity load transient load(ชวคราว) Lanes Vehicular design load Fatigue load ทางเทา Dynamic effect แรงหนศนยกลาง แรงเบรก แรงดานขาง แรง
Page 45: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Advanced Concrete Technology

Page 46: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Cement hydration

Page 47: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Cement microstructure

Page 48: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Admixture in Concrete

Mineral Admixture

inexpensive and eco-friendly.

Chemical

control setting or water requirement

Mineral improve some properties

Presenter
Presentation Notes
CSH
Page 49: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Carbonation

Attack

Presenter
Presentation Notes
คารบอเนชนของคอนกรต คอ ปฏกรยาระหวากาซทมฤทธเปนกรดในบรรยากาศ กบผลผลตจากปฏกรยาไฮเดรชนของปนซเมนต ทำใหความเปนดางของคอนกรตลดลง
Page 50: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Chloride

Attack

Presenter
Presentation Notes
 คลอไรดจะเรมซมเขาสคอนกรตทผวนอกของชนสวนโครงสรางกอน แลวคอยๆซมเขาสเนอในของคอนกรต การซมเขาไปในนตองใชเวลา ในทสดความเขมขนของคลอไรดทสมผสโดนเหลกเสรมในคอนกรตจะทำใหเหลกเกดการผกรอนได 
Page 51: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Sulfate

Attack

Presenter
Presentation Notes
 ซลเฟตทกชนดเปนอนตรายตอคอนกรต  โดยซลเฟตจะทำปฏกรยากบ Hydrated Calcium Aluminate และ แคลเซยมไฮดรอกไซด ใหผลเปนสารผลผลตซงมสถานะของแขงทมปรมาตรเพมขนมากกวาสารททำปฏกรยา
Page 52: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Alkali

Aggregate

Reactions

Presenter
Presentation Notes
ซลกาซงอยในสภาวะไวตอการเกดปฏกรยา (Reactive) จะทำใหปฏกรยากบธาตกลมอลคาไลนในซเมนตเพสต
Page 53: Comprehensive  Examination (structural engineering)

Thank you for your

attention

You can find me at:

[email protected]