Ανελαστικό πλαισιακό στοιχείο τοιχοποιίας – masonry

Αυτό το στοιχείο είναι ένας συνδυασμός από 3D, βασισμένο στη δύναμη, πλαστικής άρθρωσης τύπος στοιχείου που χρησιμοποιείται για τη μοντελοποίηση κυρίως της συμπεριφοράς κάμψης της τοιχοποιίας (εδώ αναφέρεται σαν εσωτερικό υποστοιχείο) με δύο συνδέσμους στα άκρα που χρησιμοποιούνται για να προσομοιώσουν τη διατμητική συμπεριφορά του μέλους (εδώ αναφέρονται ως ‘εξωτερικοί σύνδεσμοι’ ή ‘υποστοιχεία σύνδεσης’). Το εσωτερικό υποστοιχείο και οι εξωτερικοί σύνδεσμοι συνδέονται σε σειρά, εξασφαλίζοντας ισορροπία στην ροπή κάμψης και τη διατμητική δύναμη. Οι μοναδικοί ενεργοί βαθμοί ελευθερίας των υποστοιχείων σύνδεσης είναι δύο μεταφορικοί στη διεύθυνση της διάτμησης (εντός επιπέδου και εκτός επιπέδου), ενώ οι υπόλοιποι τέσσερις βαθμοί ελευθερίας (αξονική και 3 περιστροφικοί) παραμένουν ακριβής άκαμπτοι σύνδεσμοι. Και οι δύο τοίχοι φέρουσας τοιχοποιίας και διαζώματος μπορούν να μοντελοποιηθούν με μια τέτοια διαμόρφωση.

Οι διατμητικοί βαθμοί ελευθερίας του υποστοιχείου συνδέσμου χαρακτηρίζεται από υστερητική καμπύλη που βασίζεται στην ενσωματωμένη μη γραμμική καμπύλη MIMK του SeismoStruct (τροποποιημένη καμπύλη αλλοίωσης Ibarra-Medina-Krawinkler με διγραμμικούς υστερητικούς κανόνες), σύμφωνα με τον φαινομενικό κανόνα που περιγράφει την διατμητική συμπεριφορά ολόκληρου του στοιχείου. Ταυτόχρονα, στο εσωτερικό υποστοιχείο η μοντελοποίηση της τομής των ινών επιτρέπει μια σχετικά ακριβή περιγραφή της συζευγμένης αξονικής-καμπτικής συμπεριφοράς. Η κατανομή της τάσης-παραμόρφωσης επιτυγχάνεται μέσω της μη γραμμικής μονοαξονικής απόκρισης υλικού των μεμονωμένων ινών, στα οποία έχει υποδιαιρεθεί το τμήμα, καταγράφοντας πλήρως την εξάπλωση της ελαστικότητας κατά μήκος και κατά πλάτος (όπως περιγράφεται στην ενότητα μη ελαστικότητας υλικού).

Ο προσδιορισμός της διατμητικής αντοχής του μέλους είναι κρίσιμος για την ακρίβεια του μοντέλου, με βάση τις παραμέτρους της φέρουσας τοιχοποιίας, και του επιλεγμένου Κατασκευαστικού Κανονισμού. Χρησιμοποιούνται οι ακόλουθες εκφράσεις για την διατμητική ικανότητα μέλους (σημειώνεται ότι χρησιμοποιούνται διαφορετικές εξισώσεις σε διαφορετικές προδιαγραφές).

• Στον Ευρωκώδικα 8, χρησιμοποιείται ο μηχανισμός αστοχίας ολίσθησης οριζόντιου αρμού:

• Στον ASCE 41-23, και για μη ενισχυμένους τοίχους φέρουσας τοιχοποιίας URM, χρησιμοποιείται η μικρότερη τιμή για την αντοχή ολίσθησης οριζόντιου αρμού και την διαγώνια εφελκυστική αντοχή, σύμφωνα με τις ακόλουθες εκφράσεις:

• Στον ASCE 41-23, και για μη ενισχυμένους τοίχους φέρουσας τοιχοποιίας διαζώματος URM, χρησιμοποιείται η μικρότερη τιμή για την αντοχή ολίσθησης οριζόντιου αρμού και την διαγώνια εφελκυστική αντοχή, σύμφωνα με τις ακόλουθες εκφράσεις

• Στον ASCE 41-23, και για μη ενισχυμένους τοίχους φέρουσας τοιχοποιίας ή ενισχυμένα διαζώματα, χρησιμοποιείται η ακόλουθη έκφραση:

• Στον NTC-18, για μη ενισχυμένη φέρουσα τοιχοποιία URM, χρησιμοποιούνται διαφορετικές εκφράσεις για διαφορετικούς τύπους στοιχείου: (i) σε φέρουσα τοιχοποιία με τσιμεντόλιθους χρησιμοποιείται το κριτήριο Mohr-Coulomb, (ii) σε φέρουσα τοιχοποιία με τούβλα ή συνήθεις πέτρες, η αντοχή θεωρείται η μικρότερη τιμή από το κριτήριο Turnšek-Čačovič και το Mann-Müller και (iii) για φέρουσα τοιχοποιία με μη συνηθισμένες πέτρες χρησιμοποιείται η έκφραση Turnšek-Čačovič.

Mohr-Coulomb (§7.8.2.2.2 NTC2018 και §6.2 EC6):

Turnšek-Čačovič (§C8.7.1.3.1.1 Σχολιασμός του NTC2018):

Mann-Müller (§C8.7.1.3.1.1 Σχολιασμός του NTC2018):           

• Στον NTC-18 και για ενισχυμένη φέρουσα τοιχοποιία RM, διατμητική ικανότητα υπολογίζεται σύμφωνα με το §7.8.3.2.2 NTC2018:

Σημείωση: Σημειώνεται ότι για τους ελέγχους σύμφωνα με τον KAN.EΠE. χρησιμοποιούνται εκφράσεις του EC8. Ομοίως, με τον TBDY χρησιμοποιούνται οι εξισώσεις του ASCE 41-23. Για μία ολοκληρωμένη περιγραφή για τις χρησιμοποιούμενες εκφράσεις για κάθε Κανονισμό, οι χρήστες μπορούν να βρουν αναφορές στα παραρτήματα Θ1 και Θ6.

Τα δύο ειδικά υλικά για φέρουσα τοιχοποιία μπορούν να χρησιμοποιηθούν με τους τύπους στοιχείων για φέρουσα τοιχοποιία, mas_par και mas_tl. Το πρώτο στηρίζεται στο μοντέλο υλικού con_ma, ενώ το τελευταίο είναι ένα απλό πολυγραμμικό μοντέλο με μειωμένη και απομένουσα αντοχή. Και τα δύο μοντέλα χαρακτηρίζονται από παραμέτρους, όπως θλιπτική, διατμητική και εφελκυστική αντοχή, τα οποία χρησιμοποιούνται στον ορισμό διατμητικής αντοχής στοιχείων. Ομοίως, υπάρχουν δύο συγκεκριμένοι τύποι διατομών για φέρουσα τοιχοποιία στο SeismoStruct, ένα για τοίχους mws, και ένα για διάζωμα mss. Και τα δύο μη ενισχυμένα URM και RM μέλη φέρουσας τοιχοποιίας μπορούν να μοντελοποιηθούν αποτελεσματικά σύμφωνα με τα παραπάνω.

Σημείωση: Ο τύπος στοιχείου φέρουσας τοιχοποιίας μπορεί να χρησιμοποιηθεί μόνο με τα μοντέλα υλικού mas_par και το mas_tl. Ομοίως, μπορούν μόνο οι συγκεκριμένοι τύποι διατομών μπορούν να χρησιμοποιηθούν mws και mss. Ο λόγος είναι, ότι αυτοί οι τύποι μπορούν να αποθηκεύουν παραμέτρους που μπορούν να χρησιμοποιηθούν για αυτόματο υπολογισμό της διατμητικής αντοχής στοιχείου.

Οι χρήστες μπορούν να διαλέξουν να υπολογίσουν την Διατμητική Ικανότητα της φέρουσας τοιχοποιίας (i) μόνο στο πρώτο βήμα (ii) σε όλα τα βήματα μέχρι την διαρροή στη διάτμηση (iii) σε κάθε βήμα, δηλαδή αφότου φτάσει στην μέγιστη ικανότητα στοιχείου. Η προεπιλεγμένη επιλογή είναι η δεύτερη, η οποία είναι για ανανέωση της διατμητικής αντοχής μέχρι την διαρροή, ο οποίος είναι ο καλύτερος συνδυασμός για ακρίβεια και σταθερότητα, μέχρις ότου ανανεώνοντας την Διατμητική Ικανότητα στον φθίνοντα κλάδο της καμπύλης ικανότητας μπορεί να οδηγήσει σε προβλήματα σύγκλισης χωρίς σημαντική βελτίωση στην ακρίβεια της λύσης.

Οι παράμετροι που απαιτούνται για πλήρη προσδιορισμό των ιδιοτήτων των στοιχείων είναι οι παρακάτω:

• Ο αριθμός των ινών διατομής που χρησιμοποιούνται για τους υπολογισμούς ισορροπίας που εκτελούνται σε κάθε ολοκλήρωση των εσωτερικών υποστοιχείων.
• Η απομείωση της ελαστικής δυσκαμψίας είναι η μείωση της ελαστικής μη ρηγματωμένης δυσκαμψίας της καμπύλης της διατμητικής δύναμης-παραμόρφωσης που χρησιμοποιείται στους υπολογισμούς.
• Η ικανότητα ολικής διατμητικής παραμόρφωσης, είναι η τελική ικανότητα παραμόρφωσης για το στοιχείο d_tot=d_yield+d_plastic. Σημειώνεται ότι η παραμόρφωση στη διαρροή  d_yield υπολογίζεται αυτόματα από το πρόγραμμα από την ελαστική διατμητική δυσκαμψία και την αντοχή διαρροής.
• Η διατμητική ικανότητα παραμόρφωσης μετά το ανώτατο όριο: αυτό είναι το επίπεδο παραμόρφωσης, στο οποίο η επέκταση του φθίνοντα κλάδου της διατμητική καμπύλης δύναμης-παραμόρφωσης φτάνει στον μηδενικό άξονα.
• Η οριακή διατμητική ικανότητα παραμόρφωσης: αυτό είναι το επίπεδο παραμόρφωσης, μετά του οποίου δεν υπάρχει απομένουσα αντοχή.
• Ο λόγος της απομένουσας διατμητικής αντοχής είναι είναι ο λόγος μεταξύ της μέγιστης αντοχής (στο επίπεδο συνολικής ικανότητας παραμόρφωσης) και της απομένουσας αντοχής
• Ο λόγος κράτυνσης της διατμητικής παραμόρφωσης είναι ο λόγος μεταξύ του ελαστικού και πλαστικού κλάδου της διατμητικής καμπύλης δύναμης παραμόρφωσης.
• Οι παράμετροι κυκλικής απομείωσης για την Διατμητική Ικανότητα και την δυσκαμψία είναι οι ακόλουθοι τρεις παράμετροι: (i) η παράμετρος κυκλικής  απομείωσης της αντοχής (ii) η παράμετρος κυκλικής απομείωσης της δυσκαμψίας για αποφόρτιση (iii) η παράμετρος κυκλικής απομείωσης της αντοχής μετά το ανώτατο όριο. Για όλες τις παραμέτρους, όσο μικρότερος είναι ο συντελεστής, τόσο μεγαλύτερη είναι επιβαλλόμενη μείωση στην καμπύλη, ωστόσο η μηδενική τιμή οδηγεί σε μηδενική παραμόρφωση. Για μία πλήρη περιγραφή των παραμέτρων, ανατρέξτε στην επεξήγηση της καμπύλης MIMK_bilin.
• Ο λόγος μεταξύ της δύναμης κατά την έναρξη της επαναφόρτισης και της δύναμης που αντιστοιχεί την μέγιστη παραμόρφωση που έχει παρατηρηθεί για θετικές και αρνητικές κατευθύνσεις φόρτισης.

Όσον αφορά τις ίνες, ο ιδανικός αριθμός που επαρκεί για να εξασφαλίσει επαρκή δημιουργία της κατανομής τάσης-παραμόρφωσης διαμέσου της εγκάρσιας διατομής του στοιχείου, ποικίλει ανάλογα με τα χαρακτηριστικά και το σχήμα του υλικού, και ο βαθμός ανελαστικότητας στον οποίο θα καταπονηθεί το στοιχείο. Ως ένα απλό πρακτικό κανόνα, οι χρήστες μπορούν να θεωρούν ότι 100 ίνες είναι επαρκείς.

Στην ενότητα διακριτοποίησης της διατομής το πρόγραμμα παρέχει την επιθυμητή και την πραγματική (μετά την εκτέλεση διακριτοποίησης της διατομής, χρησιμοποιώντας την τριγωνοποίηση) τον αριθμό των σημείων ελέγχου που θα χρησιμοποιηθούν στην ανάλυση. Κάνοντας κλικ στο κουμπί Ανανέωση, μπορείτε να ενημερώσετε τη προβολή της διακριτοποιημένης διατομής.

Ομοίως, το ανελαστικό πλαισιακό στοιχείο, αντί για διακριτοποίηση των στοιχείων ώστε να αντιπροσωπεύουν τις αλλαγές στις λεπτομέρειες του οπλισμένου σκυροδέματος, είναι δυνατόν να χρησιμοποιηθεί ένα μόνο στοιχείο ανά μέλος και στη συνέχεια να οριστούν πολλαπλά τμήματα μέσα σε αυτό. Σημειώνεται ότι αυτά τα τμήματα μπορεί να διαφέρουν μόνο στον οπλισμό (δηλ. τύπος διατομής, διαστάσεις και υλικά πρέπει να είναι τα ίδια).

Σε αυτό το παράθυρο διαλόγου είναι δυνατόν να οριστεί μια συγκεκριμένη απόσβεση στοιχείου, σε αντίθεση με την καθολική απόσβεση που ορίζεται εδώ. Για να γίνει αυτό, οι χρήστες πρέπει απλώς να να πατήσουν το κουμπί Απόσβεση και να επιλέξουν την απόσβεση που ταιριάζει καλύτερα στο εν λόγω στοιχείο (οι χρήστες θα πρέπει να ανατρέξουν στο μενού Απόσβεσης για να δουν τους διάφορους τύπους απόσβεσης που είναι διαθέσιμοι και υπάρχουν υποδείξεις για το ποια είναι η καλύτερη επιλογή). Στους χρήστες υπενθυμίζεται ότι η απόσβεση που καθορίζεται σε επίπεδο στοιχείου υπερισχύει έναντι της καθολικής απόσβεσης, δηλαδή το καθολικά υπολογιζόμενο μητρώο με συντελεστές απόσβεσης που συσχετίζονται με τους βαθμούς ελευθερίας ενός στοιχείου θα αντικατασταθούν από συντελεστές που θα υπολογιστούν μέσω του πολλαπλασιασμού του μητρώου μάζας του στοιχείου με μία παράμετρο ανάλογη της μάζας, ή μέσω του πολλαπλασιασμού του μητρώου δυσκαμψίας του στοιχείου με μία παράμετρο ανάλογη της δυσκαμψίας, ή μέσω του υπολογισμού ενός μητρώου απόσβεσης Rayleigh.

Σημείωση: Αν η απόσβεση Rayleigh ορίζεται στο επίπεδο στοιχείου, χρησιμοποιώντας ποικίλους συντελεστές από το ένα στοιχείο στο άλλο ή με αυτούς που χρησιμοποιούνται στις καθολικές ρυθμίσεις απόσβεσης, τότε διαμορφώνεται μια μη κλασσική απόσβεση Rayleigh, δεδομένου ότι η απόσβεση Rayleigh απαιτεί ομοιόμορφη απόσβεση.

Τοπικοί Άξονες και Προσανατολισμός Εσωτερικών Δυνάμεων