Publicação
Dynamic analysis of out-of-plane loaded masonry walls using homogenization
| Resumo: | Uma estratégia multi-escala baseada em homogeneização computacional é apresentada para a análise não linear material de estruturas de alvenaria simples para os regimes estático e dinâmico de ações. Duas escalas, meso e macro, são consideradas na análise. O modelo tem a capacidade de incorporar potenciais incertezas do sistema estrutural, recorrendo ao método de amostragem por hipercubo latino, com o objetivo de desenvolver análises de fragilidade sísmica. À mesoescala (nível dos componentes), dois modelos computacionais simples e eficazes de homogeneização são apresentados para realizar a caracterização do comportamento de um elemento representativo de volume (RVE) da alvenaria. Os meso-modelos utilizam elementos finitos (EFs) contínuos de placa e casca (teorias de Kirchhoff-Love e Mindlin-Reissner). Uma técnica de homogeneização periódica de primeira ordem com recurso a tensões de Cauchy é assumida. As unidades de alvenaria são modeladas com EFs quadriláteros lineares com um comportamento elástico. As juntas de argamassa são modeladas com EFs de interface de espessura nula com um comportamento inelástico. O domínio plástico das juntas é governado por um modelo multi-superfície que consegue reproduzir fratura por tração, esmagamento por compressão e deslizamento com atrito. É possível, assim, a previsão de modos de colapso de alvenaria designados por stepped, toothed ou de-bonding. À macroescala (nível da estrutura), a informação proveniente da caracterização mecânica da alvenaria à escala anterior é inserida num modelo discreto de EFs. EFs quadriláteros rígidos encontram-se ligados por interfaces, que representam a informação do material fictício homogeneizado através de um modelo de plasticidade com dano. Uma representação desacoplada entre os modos de deformação no plano e para fora-do-plano é assumida. As referidas interfaces reproduzem os regimes de pré- e pós-pico do material, a sua ortotropia, o efeito da velocidade de deformação e, dependendo do modelo usado à mesoescala, os efeitos tridimensionais de corte. A estratégia é implementada num software avançado de análise estrutural e, portanto, ferramentas numéricas poderosas estão disponíveis; como o arc-length, linesearch e métodos implícitos e explícitos para resolução do sistema de equações. A estratégia numérica é aplicada num conjunto representativo de casos de estudo. Os resultados demonstram que esta é: fiável na previsão do comportamento estático e dinâmico para fora-do-plano de estruturas de alvenaria; numericamente robusta; atrativa do ponto de vista do tempo de processamento, quando comparada às estratégias tradicionais de EFs; e apropriada para o estudo da fragilidade sísmica de estruturas de alvenaria simples. |
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| Autores principais: | Silva, Luís Carlos Martins da |
| Assunto: | Alvenaria Fora-do-plano Hipercubo latino Homogeneização Multi-escala Homogenization Latin Hypercube Sampling Masonry Multi-scale Out-of-plane |
| Ano: | 2019 |
| País: | Portugal |
| Tipo de documento: | tese de doutoramento |
| Tipo de acesso: | acesso aberto |
| Instituição associada: | Universidade do Minho |
| Idioma: | português |
| Origem: | RepositóriUM - Universidade do Minho |
| Resumo: | Uma estratégia multi-escala baseada em homogeneização computacional é apresentada para a análise não linear material de estruturas de alvenaria simples para os regimes estático e dinâmico de ações. Duas escalas, meso e macro, são consideradas na análise. O modelo tem a capacidade de incorporar potenciais incertezas do sistema estrutural, recorrendo ao método de amostragem por hipercubo latino, com o objetivo de desenvolver análises de fragilidade sísmica. À mesoescala (nível dos componentes), dois modelos computacionais simples e eficazes de homogeneização são apresentados para realizar a caracterização do comportamento de um elemento representativo de volume (RVE) da alvenaria. Os meso-modelos utilizam elementos finitos (EFs) contínuos de placa e casca (teorias de Kirchhoff-Love e Mindlin-Reissner). Uma técnica de homogeneização periódica de primeira ordem com recurso a tensões de Cauchy é assumida. As unidades de alvenaria são modeladas com EFs quadriláteros lineares com um comportamento elástico. As juntas de argamassa são modeladas com EFs de interface de espessura nula com um comportamento inelástico. O domínio plástico das juntas é governado por um modelo multi-superfície que consegue reproduzir fratura por tração, esmagamento por compressão e deslizamento com atrito. É possível, assim, a previsão de modos de colapso de alvenaria designados por stepped, toothed ou de-bonding. À macroescala (nível da estrutura), a informação proveniente da caracterização mecânica da alvenaria à escala anterior é inserida num modelo discreto de EFs. EFs quadriláteros rígidos encontram-se ligados por interfaces, que representam a informação do material fictício homogeneizado através de um modelo de plasticidade com dano. Uma representação desacoplada entre os modos de deformação no plano e para fora-do-plano é assumida. As referidas interfaces reproduzem os regimes de pré- e pós-pico do material, a sua ortotropia, o efeito da velocidade de deformação e, dependendo do modelo usado à mesoescala, os efeitos tridimensionais de corte. A estratégia é implementada num software avançado de análise estrutural e, portanto, ferramentas numéricas poderosas estão disponíveis; como o arc-length, linesearch e métodos implícitos e explícitos para resolução do sistema de equações. A estratégia numérica é aplicada num conjunto representativo de casos de estudo. Os resultados demonstram que esta é: fiável na previsão do comportamento estático e dinâmico para fora-do-plano de estruturas de alvenaria; numericamente robusta; atrativa do ponto de vista do tempo de processamento, quando comparada às estratégias tradicionais de EFs; e apropriada para o estudo da fragilidade sísmica de estruturas de alvenaria simples. |
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