Mikromekanisk modellering av stenmurar

Mikromekanisk modellering av stenmurar är en modelleringsmetod där murverk betraktas som ett heterogent ( heterogent system ) bestående av murade element ( tegelstenar , naturliga eller konstgjorda stenar, betongblock, etc.), murbruk och kontaktytor ( gränssnitt ) mellan dem.

Beräkningen av stenmurar med hjälp av mikromekanisk modellering utförs med finita elementmetoden (FEM) med användning av datorteknik. Komponenterna i ett heterogent system betraktas som en uppsättning isotropiska finita element (FE), vars egenskaper bestäms separat för murverkselement, murbruksfogar och gränssnitt mellan dem.

Omfattning

Mikromekanisk modellering används för murverk som har en regelbunden, repeterande struktur. I ett sådant murverk urskiljs identiska, upprepade gånger upprepade volymer, som murverket kallas huvudcellen.

Varianter av mikromekanisk modellering

Förenklad mikromekanisk simulering

Komponenterna i ett heterogent system i förenklad mikromekanisk modellering är murelement och gränssnitt mellan murelement och bruksfogar. Måtten på murverkselementen tas med hänsyn till tjockleken på murbruksfogarna intill dem, och murbruksfogarna själva ersätts av ändliga element med noll tjocklek. Med tejpligering av murverk modelleras varje murverkselement som regel av två identiska ändliga element. Förenklad mikromekanisk modellering kallas även mesomekanisk modellering.

Mesomekanisk murverksmodellering verkar ha varit banbrytande av AW Page. [1] Varianter av mesomekanisk modellering föreslås i [2] [3] [4] [5] [6] [7] och andra.

Detaljerad mikromekanisk modellering

Med detaljerad mikromekanisk modellering ersätts varje murverkselement för beräkning av en uppsättning små ändliga element), vars dimensioner är två eller flera gånger mindre än tjockleken på murbruksfogar. Mortelfogar är också uppdelade i FEs av liknande storlekar. Dessutom används FEs med nolltjocklek för gränssnitt mellan murelement och bruksfogar. Detaljerad mikromekanisk modellering utförs enklast för fall där alla huvudceller har samma spänningstillstånd (till exempel vid normal axiell kompression och parallellt med murbädden, ren skjuvning). Detta fall används för homogenisering av murverk i makromodellering [8] . I de fall där murverket har ett ojämnt spänningstillstånd och omfördelning av spänningar är möjlig på grund av olinjär deformation av strukturer, är detaljerad mikromekanisk modellering associerad med upprepad upprepning av beräkningen för varje ändligt element i plattan. Denna omständighet ökar avsevärt komplexiteten i beräkningen och gör mikrosimulering oacceptabel för beräkning av verkliga stenstrukturer.

Kriterier för fel på murverkskomponenter

Murverkselement

Vid modellering av murverk med platta FE:er för murverkselement används oftast olika kombinationer av "klassiska" hållfasthetsteorier (till exempel Mises-teorin för den biaxiala kompressionsregionen och Mohr-Coulomb-teorin för regioner där en eller båda av huvudspänningarna är draghållfasta). Vid användning av rumslig FE används Drucker-Prager-styrkekriteriet.

Mortelfogar

Hållfasthetskriterierna för bruksfogar vid detaljerad mikromekanisk modellering liknar kriterierna för murelement, men med numeriska parametrar som motsvarar murbrukets hållfasthetsegenskaper i fogen, Vid förenklad mikromekanisk modellering beaktas förekomsten av bruksfogar. i hållfasthetskriterierna för gränssnitten mellan murelement och bruksfogar.

Gränssnitt

För gränssnittet mellan murverkselement och murbruksfogar används som regel ett modifierat Mohr-Coulomb-hållfasthetstillstånd i form av en "kapsmodell" (med begränsningar i området för begränsning av drag- och trycknormala spänningar).

Anteckningar

  1. A.W. Finita element-modell för murverk. J Struktur. Div., ASCE, 1978; 104 (ST 8): s. 1267-1285.
  2. Sutcliffe DJ, Yu HS, Page AW. Nedre gränsanalys av oförstärkta murade skjuvväggar. Computers and Structures, 2001; 79: s.1295-312..
  3. Massart TJ, Peerlings RHJ, Geers MGD Mesoskopisk modellering av misslyckande och skadeinducerad anisotropi i murverk av tegel. Eur. J. Mech. och Solids, 2004, 23: 719-35.
  4. Massart TJ, Peerlings RHJ, Geers MGD Mesoskopisk modellering av fel i murverk av tegel som står för tredimensionella effekter. Eng. Fracture Mechanics, 2005, 72: 1238-53.
  5. Massart TJ, Peerlings RHJ, Geers MGD An enhanced multi-scale approach for masonry wall computations/ Int. J. Numer. Meth. Engng, 2007, 69:1022-1059.
  6. Milani G., Lourenco PB, Tralli A. Homogeniserad gränsanalys av murade väggar, datorer och strukturer, 2006; 84: Del I: Felytor: s.166-80, Del II: Strukturella exempel: s.181-95.
  7. Milani, G., Lourenco, PB och Tralli, A. (2006). Homogeniserad gränsanalys av murade väggar, Del I: Felytor. Del II: Strukturella exempel. Computers and Structures, Vol. 84, 166-180, 181-195.
  8. Zucchini A. och Lourenço PB En mikromekanisk modell för homogenisering av murverk. Inter. J. Solid. och Structures, 2002, 39: s. 3233-3255.

Litteratur

Se även