Προσομοίωση τοιχοποιίας σε οριακή κατάσταση αστοχίας υπό στατικά και δυναμικά φορτία

Σακίμπ, Γιασμίν; Sakimp, Giasmin

dc.contributor.author	Σακίμπ, Γιασμίν	el
dc.contributor.author	Sakimp, Giasmin	en
dc.date.accessioned	2017-02-23T11:08:02Z
dc.date.available	2017-02-23T11:08:02Z
dc.date.issued	2017-02-23
dc.identifier.uri	https://dspace.lib.ntua.gr/xmlui/handle/123456789/44406
dc.identifier.uri	http://dx.doi.org/10.26240/heal.ntua.6533
dc.description	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο--Μεταπτυχιακή Εργασία. Διεπιστημονικό-Διατμηματικό Πρόγραμμα Μεταπτυχιακών Σπουδών (Δ.Π.Μ.Σ.) “Δομοστατικός Σχεδιασμός και Ανάλυση των Κατασκευών”	el
dc.rights	Αναφορά Δημιουργού-Μη Εμπορική Χρήση-Όχι Παράγωγα Έργα 3.0 Ελλάδα	*
dc.rights.uri	http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/gr/	*
dc.subject	Τοιχοποιία	el
dc.subject	Προσομοίωση τοιχοποιίας	en
dc.subject	Τρίστρωτη
dc.subject	Χρονοιστορία
dc.subject	Στατικά φορτία
dc.subject	Δυναμικά φορτία
dc.subject	Masonry
dc.subject	Micro
dc.subject	Modelling of masonry structures
dc.subject	Static loads
dc.subject	Dynamic loads
dc.title	Προσομοίωση τοιχοποιίας σε οριακή κατάσταση αστοχίας υπό στατικά και δυναμικά φορτία	el
dc.title	Modelling of masonry structures at ultimate limit state under static and dynamic loads
heal.type	masterThesis
heal.classification	ΤΟΙΧΟΠΟΙΪΑ	el
heal.classificationURI	http://data.seab.gr/concepts/d03b76567f29316add5b2b7cc9dd64f76c777f35
heal.access	free
heal.recordProvider	ntua	el
heal.publicationDate	2016-11-03
heal.abstract	Στην παρούσα εργασία μελετήθηκαν διάφοροι τρόποι προσομοίωσης της τοιχοποιίας. Σκοπός της εργασίας είναι η εξαγωγή χρήσιμων συμπερασμάτων για την επιτυχή προσομοίωση της τοιχοποιίας σε οριακή κατάσταση αστοχίας υπό στατικά και δυναμικά φορτία. Αναλύονται οι διάφοροι μέθοδοι προσομοίωσης που υπάρχουν στη βιβλιογραφία καθώς και τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματα της κάθε μεθόδου. Αρχικά χρησιμοποιήθηκε η Εκτεταμένη Μέθοδος Πεπερασμένων στοιχείων (Extended Finite Element Method XFEM) που υπάρχει στο Abaqus. Η μέθοδος XFEM είναι μία αριθμητική μέθοδος που ενισχύει την κλασική μέθοδο των Πεπερασμένων Στοιχείων εμπλουτίζοντας το χώρο των λύσεων με ασυνεχείς συναρτήσεις για την επίλυση των διαφορικών εξισώσεων. Διευκολύνει την επίλυση προβλημάτων με τοπικά χαρακτηριστικά, που δεν μπορούν εύκολα να λυθούν με τεχνικές βελτίωσης του δικτύου. Η προσομοίωση και μελέτη των ρωγμών ήταν από τις πρώτες εφαρμογές που μελετήθηκαν με αυτή τη μέθοδο. Στη βασική της διατύπωση οι ασυνεχείς συναρτήσεις σχήματος προστίθενται στις κλασικές πολυωνυμικές συναρτήσεις για τα στοιχεία τα οποία διασταυρώνονται με τη ρωγμή για να συμπεριλάβουν τις μετακινήσεις του ανοίγματος. Με αυτό το τρόπο το δίκτυο των πεπερασμένων στοιχείων παραμένει αμετάβλητο και δεν χρειάζεται να ανανεωθεί για να ακολουθήσει τη διάδοση της ρωγμής. Η μέθοδος αυτή, όπως περιγράφεται εκτενέστερα στην εργασία, έχει δώσει ικανοποιητικά αποτελέσματα για μοντέλα ενός συνεχούς υλικού. Στην περίπτωση της μικρο-προσομοίωσης της τοιχοποιίας όμως δεν κατάφερε να παρακολουθήσει το άνοιγμα των πολλών ρωγμών που συμβαίνουν ταυτόχρονα. Το δεύτερο προσομοίωμα που χρησιμοποιήθηκε και που μας έδωσε ικανοποιητικά αποτελέσματα για τη συμπεριφορά της τοιχοποιίας ήταν το απλοποιημένο μικρο-προσομοίωμα. Το προσομοίωμα αφορά σε ένα δοκίμιο τοιχοποιίας από οπτόπλινθους και κονίαμα και πρόκειται να υποβληθεί σε στατική δοκιμή θλίψης στο εργαστήριο αντισεισμικών κατασκευών του Ε.Μ.Π. σύμφωνα με το διεθνές πρότυπο EN 1052-1. Στην περίπτωση αυτή χρησιμοποιήθηκε το καταστατικό προσομοίωμα συνεχούς υλικού με βλάβες (concrete damaged plasticity) του Abaqus το οποίο θεωρείται κατάλληλο για προσομοίωση ψαθυρών υλικών όπως είναι η τοιχοποιία. Επίσης για να προσομοιωθούν οι ιδιότητες του αρμού χρησιμοποιήθηκαν στοιχεία επαφής βασισμένα στην επιφάνεια (suface-based contact elements). Τα στοιχεία αυτά έπαιξαν σημαντικό ρόλο στην τελική προσομοίωση αφού αντιπροσωπεύουν τις ανελαστικές ιδιότητες του αρμού της τοιχοποιίας και είναι αυτά που συνδέουν τους λίθους μεταξύ τους. Οι πλίνθοι προσομοιώθηκαν με τρισδιάστατα γραμμικά πεπερασμένα στοιχεία 8 κόμβων (C3DR8). Για τα στοιχεία επαφής χρησιμοποιήθηκε ο τύπος Γενικής επαφής (General Contact). Η ανάλυση έγινε με τη μέθοδο της ρητής ολοκλήρωσης (Explicit Dynamic Analysis). Η δυναμική μέθοδος ρητής ολοκλήρωσης μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την επίλυση στατικών προβλημάτων υπό την προϋπόθεση ότι η κινηματική ενέργεια παραμένει μικρή συγκρινόμενη με την εσωτερική ενέργεια του συστήματος κατά τη διάρκεια της ανάλυσης. Η τελευταία προσομοίωση αφορά ένα δοκίμιο τοιχοποιίας το οποίο πρόκειται να υποβληθεί σε σεισμικές διεγέρσεις με άκαμπτη σύνδεση στη βάση και χωρίς την παρουσία σεισμικής μόνωσης στη σεισμική τράπεζα του εργαστηρίου αντισεισμικής τεχνολογίας του Ε.Μ.Π. Το δοκίμιο αυτό αποτελείται από τρίστρωτη φέρουσα τοιχοποιία με κονίαμα οι εξωτερικές στρώσεις του οποίου είναι από λαξευμένα πωρολιθικά λιθοσώματα. Η μέθοδος που ακολουθήθηκε ήταν η μέθοδος της μακρο-προσομοίωσης. Η τοιχοποιία θεωρήθηκε ως ομοιογενές υλικό και προσομοιώθηκε με το concrete damaged plasticity μοντέλο του Abaqus. Οι αναλύσεις που χρησιμοποιήθηκαν ήταν αναλύσεις χρονοϊστορίας χρησιμοποιώντας τεχνητά επιταχυνσιογραφήματα. Τα πεπερασμένα στοιχεία που χρησιμοποιήθηκαν για την προσομοίωση της τοιχοποιίας στο τελευταίο μοντέλο ήταν τα τρισδιάστατα εξάεδρα πεπερασμένα στοιχεία 8 κόμβων (C3DR8) και τα τρισδιάστατα τροποποιημένα τετράεδρα στοιχεία 10 κόμβων (C3D10M). Μετά τη διεξαγωγή των αναλύσεων γίνεται και μια σύγκριση των αποτελεσμάτων μεταξύ των δύο διαφορετικών τύπων πεπερασμένων στοιχείων που χρησιμοποιήθηκαν. Η μέθοδος της ανάλυσης που χρησιμοποιήθηκε ήταν η μέθοδος της ρητής ολοκλήρωσης (Explicit Dynamic Analysis).	el
heal.abstract	In this Master's thesis several methods of modeling for unreinforced masonry have been applied and assessed regarding their applicability. The main scope of this research is the development of a successful model for the analysis of unreinforced masonry structures subjected to static and dynamic loads. Different methods of modeling available in literature where applies. The advantages and disadvantages of different methods are also assessed. The Abaqus Software is used to perform the analyses included in this thesis. The extended finite element method (XFEM) that is available in Abaqus initially used. XFEM was developed to ease difficulties in solving problems with localized features that are not efficiently resolved by mesh refinement. One of the initial applications was the modelling of fractures in a material. In this original implementation, discontinuous basis functions are added to standard polynomial basis functions for nodes that belonged to elements that are intersected by a crack to provide a basis that included crack opening displacements. A key advantage of XFEM is that in such problems the finite element mesh does not need to be updated to track the crack path. Subsequent research has illustrated the more general use of the method for problems involving singularities, material interfaces, regular meshing of micro structural features such as voids, and other problems where a localized feature can be described by an appropriate set of basis functions. This method, as extensively described in this thesis, has given satisfactory results for continuum models with one material. In the case of masonry didn't manage to successfully observe the opening of many cracks that simultaneously occurred and the analyses wasn't completed. The next method was followed gave us satisfactory results for the behavior of masonry. The simplified micro modeling that has been used next concerned a masonry wall that is consisted of from bricks and mortar that will be submitted to static compression tests at laboratory for earthquake engineering at N.T.U.A. according to the international pattern EN 1052-1. In this case the mortar joints and brick masonry units were smeared into one homogeneous material using concrete damaged plasticity model which is available in Abaqus and suitable for brittle materials like masonry. Also in order to simulate the properties of the joints surface-based contact elements have been used. The definition of these elements contributed to the final simulation of masonry as they represent the non linear properties of mortar joints and the bond between the units. The last simulation regards two three leaf masonry walls, with rigid connection at base, that it is about to be submitted to seismic loadings at the earthquake simulator of laboratory for earthquake engineering at N.T.U.A. The walls are consisted of carved limestone blocks and mortar. The macro-modeling procedure was followed in this simulation. The masonry considered as a homogeneous material using the concrete damaged plasticity model of Abaqus. Time history analysis was conducted using artificial accelerograms according to EC8. The finite elements that were used in order to model the three leaf masonry walls were the 8-node linear cubic shaped 3D brick elements (C3D8R) and the 10-node modified quadratic tetrahedron (C3D10M). After the conduct of the analyses a comparison of the results is made between the two different types of finite elements we have used for the simulation. The type of analysis we used is the Explicit Dynamic Analysis.	en
heal.advisorName	Σπυράκος, Κωνσταντίνος	el
heal.committeeMemberName	Φραγκιαδάκης, Μιχαήλ	el
heal.committeeMemberName	Μουζάκης, Χαράλαμπος	el
heal.committeeMemberName	Σπυράκος, Κωνσταντίνος	el
heal.academicPublisher	Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο. Σχολή Πολιτικών Μηχανικών	el
heal.academicPublisherID	ntua
heal.numberOfPages	176 σ.	el
heal.fullTextAvailability	true