Academic literature on the topic 'Poutre Timoshenko'

The paper generalizes the Timoshenko model for thick bars, using a new model that is applied to the vibration study of multilayer composite bars. In the proposed mathematical model, three coefficients are introduced that take into account the non-uniformities of the tangential and normal stresses in the bar section. The vibrations of some composite bars with a polypropylene honeycomb core with a thickness of 10 mm, 15 mm and 20 mm are experimentally studied, on the faces of which one or two layers of carbon fiber, respectively glass fiber was poured. For each analysed bar, the stiffness and the equivalent modulus of elasticity are determined and the variation of the damping coefficient according to the length of the bar is studied.

Ce travail de recherche est dédié à la simulation de la réponse transitoire des assemblages de poutres soumis à des chocs. De tels chargements entraînent la propagation d’ondes haute fréquence dans l’ensemble de la structure. L’énergie qu’elles transportent peut être dommageable pour son fonctionnement ou celui des équipements embarqués. Dans des études précédentes, il a été observé sur des structures expérimentales qu’un régime vibratoire diffusif tend à s’installer pour des temps longs. Le but de cette étude est donc de développer un modèle robuste de la réponse transitoire des assemblages de poutres soumis à des chocs permettant de simuler, entre autres, cet état diffusif. Les champs de déplacement étant très oscillants et la densité modale élevée, la simulation numérique de la réponse transitoire à des chocs peut difficilement être menée par une méthode d’éléments finis classique. Une approche utilisant un estimateur de la densité d’énergie de chaque mode de propagation a donc été mise en œuvre. Elle permet d’accéder à des informations locales sur les états vibratoires, et de contourner certaines limitations intrinsèques aux longueurs d’onde courtes. Après avoir comparé plusieurs modèles de réduction cinématique de poutre à un modèle de Lamb de propagation dans un guide d’ondes circulaire, la cinématique de Timoshenko a été retenue afin de modéliser le comportement mécanique haute fréquence des poutres. En utilisant ce modèle dans le cadre de l’approche énergétique évoquée plus haut, deux groupes de modes de propagation de la densité d’énergie vibratoire dans une poutre ont été isolés : des modes longitudinaux regroupant un mode de compression et des modes de flexion, et des modes transversaux regroupant des modes de cisaillement et un mode de torsion. Il peut être également montré que l’´evolution en temps des densités d’énergie associées obéit à des lois de transport. Pour des assemblages de poutres, les phénomènes de réflexion/transmission aux jonctions ont du être pris en compte. Les opérateurs permettant de les décrire en termes de flux d’´energie ont été obtenus grâce aux équations de continuité des déplacements et des efforts aux jonctions. Quelques caractéristiques typiques d’un régime haute fréquence ont été mises en évidence, tel que le découplage entre les modes de rotation et les modes de translation. En revanche, les champs de densité d’énergie sont quant à eux discontinus aux jonctions. Une méthode d’éléments finis discontinus a donc été développée afin de les simuler numériquement comme solutions d’´equations de transport. Si l’on souhaite atteindre le régime diffusif aux temps longs, le schéma numérique doit être peu dissipatif et peu dispersif. La discrétisation spatiale a été faite avec des fonctions d’approximation de type spectrales, et l’intégration temporelle avec des schémas de Runge-Kutta d’ordre élevé du type ”strong stability preserving”. Les simulations numériques ont donné des résultats concluants car elles permettent d’exhiber le régime de diffusion. Il a été remarqué qu’il existait en fait deux limites diffusives différentes : (i) la diffusion spatiale de l’´energie sur l’ensemble de la structure, et (ii) l’équirépartition des densités d’énergie entre les différents modes de propagation. Enfin, une technique de renversement temporel a été développée. Elle pourra être utile dans de futurs travaux sur le contrôle non destructif des assemblages complexes et de grandes tailles
This research is dedicated to the simulation of the transient response of beam trusses under impulse loads. The latter lead to the propagation of high-frequency waves in such built up structures. In the aerospace industry, that phenomenon may penalize the functioning of the structures or the equipments attached to them on account of the vibrational energy carried by the waves. It is also observed experimentally that high-frequency wave propagation evolves into a diffusive vibrational state at late times. The goal of this study is then to develop a robust model of high-frequency wave propagation within three-dimensional beam trusses in order to be able to recover, for example, this diffusion regime. On account of the small wavelengths and the high modal density, the modelling of high-frequency wave propagation is hardly feasible by classical finite elements or other methods describing the displacement fields directly. Thus, an approach dealing with the evolution of an estimator of the energy density of each propagating mode in a Timoshenko beam has been used. It provides information on the local behavior of the structures while avoiding some limitations related to the small wavelengths of high-frequency waves. After a comparison between some reduced-order beam kinematics and the Lamb model of wave propagation in a circular waveguide, the Timoshenko kinematics has been selected for the mechanical modelling of the beams. It may be shown that the energy densities of the propagating modes in a Timoshenko beam obey transport equations. Two groups of energy modes have been isolated: the longitudinal group that gathers the compressional and the bending energetic modes, and the transverse group that gathers the shear and torsional energetic modes. The reflection/transmission phenomena taking place at the junctions between beams have also been investigated. For this purpose, the power flow reflection/transmission operators have been derived from the continuity of the displacements and efforts at the junctions. Some characteristic features of a high-frequency behavior at beam junctions have been highlighted such as the decoupling between the rotational and translational motions. It is also observed that the energy densities are discontinuous at the junctions on account of the power flow reflection/transmission phenomena. Thus a discontinuous finite element method has been implemented, in order to solve the transport equations they satisfy. The numerical scheme has to be weakly dissipative and dispersive in order to exhibit the aforementioned diffusive regime arising at late times. That is the reason why spectral-like approximation functions for spatial discretization, and strong-stability preserving Runge-Kutta schemes for time integration have been used. Numerical simulations give satisfactory results because they indeed highlight the outbreak of such a diffusion state. The latter is characterized by the following: (i) the spatial spread of the energy over the truss, and (ii) the equipartition of the energy between the different modes. The last part of the thesis has been devoted to the development of a time reversal processing, that could be useful for future works on structural health monitoring of complex, multi-bay trusses

Dans la première partie de la thèse, les schémas d’intégration conservatifs sont appliqués aux poutres co-rotationnelles 2D. Les cinématiques d'Euler-Bernoulli et de Timoshenko sont abordées. Ces formulations produisent des expressions de l'énergie interne et l'énergie cinétique complexe et fortement non-linéaires. L’idée centrale de l’algorithme consiste à définir, par intégration, le champ des déformations en fin de pas à partir du champ de vitesses de déformations et non à partir du champ des déplacements au travers de la relation déplacement-déformation. La même technique est appliquée aux termes d’inerties. Ensuite, une poutre co-rotationnelle plane avec rotules généralisées élasto-(visco)-plastiques aux extrémités est développée et comparée au modèle fibre avec le même comportement pour des problèmes d'impact. Des exemples numériques montrent que les effets de la vitesse de déformation influencent sensiblement la réponse de la structure. Dans la seconde partie de cette thèse, une théorie de poutre spatiale d’Euler-Bernoulli géométriquement exacte est développée. Le principal défi dans la construction d’une telle théorie réside dans le fait qu’il n’existe aucun moyen naturel de définir un trièdre orthonormé dans la configuration déformée. Une nouvelle méthodologie permettant de définir ce trièdre et par conséquent de développer une théorie de poutre spatiale en incorporant l'hypothèse d'Euler- Bernoulli est fournie. Cette approche utilise le processus d'orthogonalisation de Gram-Schmidt couplé avec un paramètre rotation qui complète la description cinématique et décrit la rotation associée à la torsion. Ce processus permet de surmonter le caractère non-unique de la procédure de Gram-Schmidt. La formulation est étendue au cas dynamique et un schéma intégration temporelle conservant l'énergie est également développé. De nombreux exemples démontrent l’efficacité de cette formulation
In the first part of the thesis, energymomentum conserving algorithms are designed for planar co-rotational beams. Both Euler-Bernoulli and Timoshenko kinematics are addressed. These formulations provide us with highly complex nonlinear expressions for the internal energy as well as for the kinetic energy which involve second derivatives of the displacement field. The main idea of the algorithm is to circumvent the complexities of the geometric non-linearities by resorting to strain velocities to provide, by means of integration, the expressions for the strain measures themselves. Similarly, the same strategy is applied to the highly nonlinear inertia terms. Next, 2D elasto-(visco)-plastic fiber co-rotational beams element and a planar co-rotational beam with generalized elasto-(visco)-plastic hinges at beam ends have been developed and compared against each other for impact problems. In the second part of this thesis, a geometrically exact 3D Euler-Bernoulli beam theory is developed.The main challenge in defining a three-dimensional Euler-Bernoulli beam theory lies in the fact that there is no natural way of defining a base system at the deformed configuration. A novel methodology to do so leading to the development of a spatial rod formulation which incorporates the Euler-Bernoulli assumption is provided. The approach makes use of Gram-Schmidt orthogonalisation process coupled to a one-parametric rotation to complete the description of the torsional cross sectional rotation and overcomes the non-uniqueness of the Gram-Schmidt procedure. Furthermore, the formulation is extended to the dynamical case and a stable, energy conserving time-stepping algorithm is developed as well. Many examples confirm the power of the formulation and the integration method presented

Une méthodologie générale de simplification de modèles éléments finis de structures à comportement de poutre est proposée dans ce mémoire. Elle concerne les structures mécaniques constituées de composants qui présentent un comportement dynamique global de poutre dans le domaine fréquentiel d'utilisation. C'est en particulier le cas des véhicules automobiles, dont l'ossature comporte des corps creux et des profilés modélisés finement par des éléments finis de type coque. Le principe de simplification mis en oeuvre consiste à remplacer le maillage fin de ces sous-structures par un modèle " équivalent " constitué d'éléments finis de poutre adéquats, réduisant ainsi de manière drastique la taille du modèle sans dégradation significative de sa précision. On propose une méthode originale permettant d'identifier de manière automatique tous les paramètres physiques à introduire dans le modèle équivalent, basé sur la formulation de Timoshenko et prenant en compte le couplage dynamique flexion-torsion. Les nombreux tests numériques présentés mettent en évidence les performances et la fiabilité de la stratégie élaborée. Son adaptation à des structures industrielles de forme complexe, ainsi que l'efficacité du logiciel d'application développé à cet effet, sont illustrées dans ce mémoire.

Ce travail de recherche est dédié à la simulation de la réponse transitoire des assemblages de poutres soumis à des chocs. De tels chargements entraînent la propagation d'ondes haute fréquence dans l'ensemble de la structure. L'énergie qu'elles transportent peut être dommageable pour son fonctionnement ou celui des équipements embarqués. Dans des études précédentes, il a été observé sur des structures expérimentales qu'un régime vibratoire diffusif tend à s'installer pour des temps longs. Le but de cette étude est donc de développer un modèle robuste de la réponse transitoire des assemblages de poutres soumis à des chocs permettant de simuler, entre autres, cet état diffusif. Les champs de déplacement étant très oscillants et la densité modale élevée, la simulation numérique de la réponse transitoire à des chocs peut difficilement être menée par une méthode d'éléments finis classique. Une approche utilisant un estimateur de la densité d'énergie de chaque mode de propagation a donc été mise en œuvre. Elle permet d'accéder à des informations locales sur les états vibratoires, et de contourner certaines limitations intrinsèques aux longueurs d'onde courtes. Après avoir comparé plusieurs modèles de réduction cinématique de poutre à un modèle de Lamb de propagation dans un guide d'ondes circulaire, la cinématique de Timoshenko a été retenue afin de modéliser le comportement mécanique haute fréquence des poutres. En utilisant ce modèle dans le cadre de l'approche énergétique évoquée plus haut, deux groupes de modes de propagation de la densité d'énergie vibratoire dans une poutre ont été isolés : des modes longitudinaux regroupant un mode de compression et des modes de flexion, et des modes transversaux regroupant des modes de cisaillement et un mode de torsion. Il peut être également montré que l''evolution en temps des densités d'énergie associées obéit à des lois de transport. Pour des assemblages de poutres, les phénomènes de réflexion/transmission aux jonctions ont du être pris en compte. Les opérateurs permettant de les décrire en termes de flux d''energie ont été obtenus grâce aux équations de continuité des déplacements et des efforts aux jonctions. Quelques caractéristiques typiques d'un régime haute fréquence ont été mises en évidence, tel que le découplage entre les modes de rotation et les modes de translation. En revanche, les champs de densité d'énergie sont quant à eux discontinus aux jonctions. Une méthode d'éléments finis discontinus a donc été développée afin de les simuler numériquement comme solutions d''equations de transport. Si l'on souhaite atteindre le régime diffusif aux temps longs, le schéma numérique doit être peu dissipatif et peu dispersif. La discrétisation spatiale a été faite avec des fonctions d'approximation de type spectrales, et l'intégration temporelle avec des schémas de Runge-Kutta d'ordre élevé du type "strong stability preserving". Les simulations numériques ont donné des résultats concluants car elles permettent d'exhiber le régime de diffusion. Il a été remarqué qu'il existait en fait deux limites diffusives différentes : (i) la diffusion spatiale de l''energie sur l'ensemble de la structure, et (ii) l'équirépartition des densités d'énergie entre les différents modes de propagation. Enfin, une technique de renversement temporel a été développée. Elle pourra être utile dans de futurs travaux sur le contrôle non destructif des assemblages complexes et de grandes tailles.

Les structures treillis constituées d'un nombre important de barres sont largement utilisées, notamment en génie civil. L'étude par éléments finis de telles structures se révèle très coûteuse dès que la maille répétitive du treillis est complexe. Il s'avère intéressant de réduire la taille du problème en définissant un milieu continu équivalent. L'objectif de la première partie de ce travail est de proposer, en se plaçant dans le cadre des méthodes d'homogénéisation des milieux périodiques, une poutre de Timoshenko équivalente à une structure périodique dont l'une des dimension est grande par rapport aux deux autres. Une des originalités réside dans l'étude de cellules de base non symétriques. Par ailleurs, on s'intéresse à la prise en compte de déformations libres (par exemple, d'origine thermique) apparaissant à l'échelle microscopique. La seconde partie est consacrée à l'étude de la structure axonémale du flagelle et des cils vibratiles. Il s'agit de proposer et valider un modèle pour cette structure biomécanique complexe et d'appliquer ensuite la méthode d'homogénéisation proposée

La thèse est portée essentiellement sur la stabilisation indirecte d’un système de deux équations des ondes couplées et sur la stabilisation frontière de poutre de Rayleigh.Dans le cas de la stabilisation d’un système d’équations d’onde couplées, le contrôle est introduit dans le système directement sur le bord du domaine d’une seule équation dans le cas d’un domaine borne ou à l’intérieur d’une seule équation mais dans le cas d’un domaine non borné. La nature du système ainsi couplé dépend du couplage des équations et de la nature arithmétique des vitesses de propagations, et ceci donne divers résultats pour la stabilisation polynomiale ainsi la non stabilité.Dans le cas de la stabilisation de poutre de Rayleigh, l’équation est considérée avec un seul contrôle force agissant sur bord du domaine. D’abord, moyennant le développement asymptotique des valeurs propres et des vecteurs propres du système non contrôlé, un résultat d’observabilité ainsi qu’un résultat de bornétude de la fonction de transfert correspondant sont obtenus. Alors, un taux de décroissance polynomial de l’énergie du système est établi. Ensuite, moyennant une étude spectrale combinée avec une méthode fréquentielle, l’optimalité du taux obtenu est assurée
The thesis is driven mainly on indirect stabilization system of two coupled wave equations and the boundary stabilization of Rayleigh beam equation. In the case of stabilization of a coupled wave equations, the Control is introduced into the system directly on the edge of the field of a single equation in the case of a bounded domain or inside a single equation but in the case of an unbounded domain. The nature of thus coupled system depends on the coupling equations and arithmetic Nature of speeds of propagation, and this gives different results for the polynomial stability and the instability. In the case of stabilization of Rayleigh beam equation, we consider an equation with one control force acting on the edge of the area. First, using the asymptotic expansion of the eigenvalues and vectors of the uncontrolled system an observability result and a result of boundedness of the transfer function are obtained. Then a polynomial decay rate of the energy of the system is established. Then through a spectral study combined with a frequency method, optimality of the rate obtained is assured

Cette thèse, réalisée dans le cadre du projet national SINAPS@, a pour objectif de développer des éléments finis poutres généralisées et multifibres capables de modéliser le comportement d’une structure en béton armé jusqu’à la rupture. La formulation poutre élément fini Timoshenko introduite par (Caillerie, et al., 2015) est choisie comme point de départ. Cette formulation est libre de blocage en cisaillement et utilise des fonctions de forme d'ordre élevé pour interpoler les champs de déplacement transversal et de rotation. La formulation de (Caillerie et al., 2015) est tout d’abord comparée avec d’autres formulations éléments finis poutres existantes dans la littérature et validée par des calculs linéaires et non linéaires. Un enrichissement cinématique du champ de déplacement axial est proposé pour améliorer la capacité de l’élément à reproduire l’interaction entre l’effort axial et le moment de flexion. Afin de modéliser le comportement jusqu’à la rupture, la méthode des éléments finis intégrés est ensuite adoptée. Cette méthode consiste à enrichir la cinématique en introduisant une variable de discontinuité de déplacement pour reproduire la fissure. La technique est d’abord appliquée au niveau de la section puis au niveau des fibres et deux nouvelles formulations, une poutre Timoshenko généralisée et une poutre Timoshenko multifibres sont proposées. L’enrichissement cinématique du champ de déplacement permet à la fois de rendre la réponse globale d’une structure objective mais également de modéliser son comportement jusqu’à la rupture. La performance des nouveaux éléments est validée par des études numériques et par des comparaisons avec des résultats expérimentaux
This thesis, carried out within the framework of the French national project SINAPS@, aims to develop generalized and multifiber finite beam elements to simulate the behavior of reinforced concrete structures till failure. The Timoshenko finite element beam formulation introduced by (Caillerie, et al., 2015) is chosen as the starting point. This formulation is free of shear locking and uses high order shape functions to interpolate the transversal displacement and rotation fields. The formulation of (Caillerie et al., 2015) is first compared with other finite element beam formulations existing in the literature and validated for linear and non-linear calculations. A kinematic enhancement of the axial displacement field is proposed in order to improve the element’s ability to reproduce the interaction between the axial force and flexural moment. In order to model the behavior of a structure till failure, the embedded finite element method is adopted. This method consists in enhancing the kinematics by introducing a displacement discontinuity variable to reproduce the crack. The enhancement is first applied at the section level and then at the fiber level and thus two new formulations, a generalized Timoshenko beam and a multifiber Timoshenko beam, are proposed. The enhancement of the displacement field provides objective global responses and the ability to reproduce the structural behavior till failure. The performance of the new elements is validated by numerical studies and comparisons with experimental results

Cette thèse est réalisée en collaboration avec Ecole Centrale de Nantes et Groupe- ESSOR (thèse CIFRE). L’objectif principal est de développer un outil simplifié, basé sur le concept du macroélément, la théorie des poutres et la Méthode des Eléments Finis Intégrés (E-FEM), pour étudier numériquement la vulnérabilité des structures en Béton Armé (BA) de type poteaux-poutres soumises à des chargements dynamiques sévères et leur comportement jusqu’à la rupture. Un modèle aux éléments finis en 3D est d’abord établi et des lois de comportement appropriées sont adoptées. Des simulations numériques sont effectuées, en considérant plusieurs combinaisons de chargement en 3D en termes de force axiale, force du cisaillement et moment fléchissant, afin d’identifier des états caractéristiques de la réponse de la section de la poutre. Des diagrammes d’interaction en3D pour des sections carrées en BA avec des armatures positionnées symétriquement sont obtenus et un modèle de comportement simplifié en forces généralisées est implémenté dans un élément fini poutre Timoshenko. Le comportement adoucissant jusqu’à la rupture est finalement reproduit par le couplage du modèle continu généralisé à un modèle cohésif, qui décrit la réponse en termes de force généralisée-saut de déplacement généralisé, avec l’E-FEM. Des comparaisons aux résultats expérimentaux démontrent la performance de nouveau macroélément, qui en étant simple d’utilisation et rapide, est approprié pour des applications d’ingénierie
This thesis has been carried out in collaboration with Ecole Centrale Nantes and Groupe- ESSOR (thèse CIFRE). The main objective is to develop a simplified tool, based on the macroelement concept, beam theory and the Embedded Finite Element Method (E-FEM), to numerically study the vulnerability of Reinforced Concrete (RC) frame structures subjected to severe dynamic loads and their behavior till failure. A 3D finite element model of a RC structural element is first built and suitable constitutive laws are adopted. Numerical simulations, considering various 3D loading combinations of axial, shear and flexural loads, are carried out to identify characteristic states of the beam sectional response.3D interaction diagrams for symmetrically reinforced concrete square sections with various reinforcement ratios are obtained and a simplifiedstress-resultant constitutive model is implemented in a Timoshenko beam finite element. The softening behavior till failure is finally reproduced by coupling the continuous stress-resultant model to a cohesive model, which describes the response in terms of generalized force-generalized displacement jumps, within E-FEM. Comparisons with experimental results show the performance of the novel macroelementthat being simple and computationally fast is suitable for engineering design purposes

L’objectif principal de cette thèse est de modéliser en flambement des poutres pressurisées en tissu souple homogène orthotrope (THO) composite. La première partie détaille les études expérimentales qui ont été menées sur des poutres gonflables à certain niveaux de pression afin de caractériser les propriétés mécaniques du matériau et le comportement en flambement de la structure. Dans une deuxième partie, une approche analytique a été envisagée afin d’étudier le flambement ainsi que le comportement d’une poutre gonflable orthotrope. Un modèle 3D gonflables poutre orthotrope basé sur la cinématique de Timoshenko a été présenté brièvement. La charge critique a été étudiée pour différents cas de charge avec différentes conditions aux limites. Les résultats ont été confrontés aux résultats théoriques disponibles. Pour vérifier la limite de validité des résultats, la charge d’apparition des plis a également fait l’objet d’une étude pour chacun des cas. La dernière partie est consacrée à une étude linéaire et à une analyse non-linéaire du flambement de la poutre gonflable en THO composite. Le modèle éléments finis (MEF) établi ici implique un élément poutre de Timoshenko à trois-nœuds avec une continuité de type C0. Un test de convergence du maillage sur la force critique de la poutre a été réalisé par la résolution du problème aux valeurs propres. En outre, un MEF non-linéaire a été développé en utilisant la procédure itérative de quasi-Newton avec incréments de chargement adaptatif permettant le tracé pas à pas de la réponse charge-déflexion de la poutre. Les résultats ont été validés à partir d’un certain niveau de pression par des résultats expérimentaux et numériques
The main goals of this thesis are to modeling and to perform the buckling study of inflatable beams made from homogeneous orthotropic woven fabric (HOWF) composite. Three main scenarios were investigated in this thesis. The first is the experimental studies which were performed on HOWF inflatable beam in various inflation pressures for characterizing the orthotropic mechanical properties and buckling behaviors of the beam. In the second scenario, an analytical approach was considered to study the buckling and the behavior of an inflatable orthotropic beam. A 3D inflatable orthotropic beam model based on the Timoshenko's kinematics was briefly introduced: the nonlinearities (finite rotation, follower forces) were included in this model. The results were compared with theoretical results available in the literature. To check the limit of validity of the results, the wrinkling load was also presented in every case. The last scenario is devoted to the linear eigen and non-linear buckling analysis of inflatable beam made of HOWF. The finite element (FE) model established here involves a three-noded Timoshenko beam element with C0-type continuity for the transverse displacement and quadratic shape functions for the bending rotation and the axial displacement. In the linear buckling analysis, a mesh convergence test on the beam critical load was carried out by solving the linearized eigenvalue problem. In addition, a nonlinear FE model was developed by using the quasi-Newton iteration with adaptive load stepping for tracing load-deflection response of the beam. The results were validated from a certain pressure level by experimental and thin-shell FE results

In this work, several beam finite element formulations are proposed for failure analysis of planar reinforced concrete beams and frames under monotonic static loading. The localized failure of material is modeled by the embedded strong discontinuity concept, which enhances standard interpolation of displacement (or rotation) with a discontinuous function, associated with an additional kinematic parameter representing jump in displacement (or rotation). The new parameters are local and are condensed on the element level. One stress resultant and two multi-layer beam finite elements are derived. The stress resultant Euler-Bernoulli beam element has embedded discontinuity in rotation. Bending response of the bulk of the element is described by elasto-plastic stress resultant material model. The cohesive relation between the moment and the rotational jump at the softening hinge is described by rigid-plastic model. Axial response is elastic. In the multi-layer beam finite elements, each layer is treated as a bar, made of either concrete or steel. Regular axial strain in a layer is computed according to Euler-Bernoulli or Timoshenko beam theory. Additional axial strain is produced by embedded discontinuity in axial displacement, introduced individually in each layer. Behavior of concrete bars is described by elastodamage model, while elasto-plasticity model is used for steel bars. The cohesive relation between the stress at the discontinuity and the axial displacement jump is described by rigid-damage softening model in concrete bars and by rigid-plastic softening model in steel bars. Shear response in the Timoshenko element is elastic. Finally, the multi-layer Timoshenko beam finite element is upgraded by including viscosity in the softening model. Computer code implementation is presented in detail for the derived elements. An operator split computational procedure is presented for each formulation. The expressions, required for the local computation of inelastic internal variables and for the global computation of the degrees of freedom, are provided. Performance of the derived elements is illustrated on a set of numerical examples, which show that the multi-layer Euler-Bernoulli beam finite element is not reliable, while the stress-resultant Euler-Bernoulli beam and the multi-layer Timoshenko beam finite elements deliver satisfying results.