بررسی و مقایسه قابلیت روش های المان محدود و المان مجزا برای پیش بینی رفتار داخل صفحه‌ی دیوار بنایی غیر مسلح

به طور کلی سازه‌های بنایی از نظر اتصال بین اجزا به دو دسته تقسیم می‌شوند: سازه بنایی بدون ملات که به آن اتصال خشک اطلاق می شود و سازه‌هایی که از ملات جهت اتصال اجزای متشکله با یکدیگر استفاده می‌شود. در اثر شرایط محیطی، وقتی که ملات طی گذر زمان چسبندگی خود را از دست می‌دهد، اجزای تشکیل‌دهنده‌ی دیوار را می‌توان به صورت مجزا از هم در نظر گرفت. عملکرد ضعیف سازه‌های بنایی، منجربه شکست و خرابی تعداد قابل توجهی از این سازه‌ها حتی در زلزله‌های متوسط می‌شود. به ویژه، شکست درون‌صفحه‌ای در دیوارهای سازه‌های بنایی بسیار مشهود است. نتایج تحقیقات آزمایشگاهی نشان می‌دهد که حالت شکست برشی در بارگذاری جانبی بسیار محتمل است. یکی از ویژگی‌های این حالت شکست، توانایی مقاومت در برابر نیروی برشی زیاد و قابلیت شکل‌پذیری کم‌ است که منجربه شکست ترد در دیوار می‌شود. مطالعات عددی پیشین بر روی سازه‌های بنایی به طور عمده بر اساس روش اجزای محدود بوده که در آن اجزای دیوار به صورت المان‌های پیوسته‌ در نظر گرفته می‌شوند و در عمل، رفتار محلی بخش‌های تشکیل‌دهنده‌ی دیوارها نادیده گرفته شده و باعث می‌شود عملکرد آنها به درستی درک نشود. دراین مقاله، ابتدا مشخصات نمونه‌‌های دیوار بنایی غیر مسلح براساس نتایج بدست آمده از آزمایش‌های قبلی، تعیین شده و سپس مدل‌های عددی با استفاده از دو نرم افزار abaqus (نرم‌افزار المان محدود) و 3dec (نرم‌افزار المان گسسته) کالیبره شده و مورد تحلیل قرار گرفتند. در ادامه، نمودار رفتاری دیوارها با مشخصات مختلف تحت شرایط بارگذاری متفاوت استخراج گردیدند. در نهایت، مقایسه جامعی میان نتایج حاصله از روش‌های اجزای گسسته و اجزای محدود ارائه شد. در نهایت چنین نتیجه گیری شد که رویکرد اجزای گسسته پیش‌بینی دقیق‌تری از دیوارهای بنایی غیر مسلح نسبت به اجزای محدود ارائه می‌دهد.

Evaluation and Comparison of Capability of Finite Element and Discrete Element Methods for Predicting In-plane Behavior of Unreinforced Masonry Wall

In general, masonry structures are divided into two categories in terms of the connection between components: mortarfree masonry, which is called dry joint, and structures that use mortar to connect the components. Due to environmental conditions, when the mortar loses its adhesion over time, the components of the wall can be considered as discrete elements. The poor performance of masonry structures leads to the failure of a significant number of these structures even in moderate earthquakes. In particular, inplane failure in the walls of masonry structures is very common. The results of laboratory research show that shear failure is very likely in lateral loading. One of the characteristics of this failure mode is its ability to resist high shear force and low ductility, which leads to brittle failure in the wall. Previous numerical studies on masonry structures have been mainly based on the finite element method in which the wall components are considered as continuous elements and the local behavior of the constituent parts of the walls is ignored and causes their real function to be misunderstood. In this paper, first, the specifications of unreinforced masonry wall specimens were determined based on the results obtained from previous experiments, and then numerical models were calibrated and analyzed using two software ABAQUS (finite element software) and 3DEC (discrete element software). Then, behavioral diagrams of walls with different characteristics were extracted under different loading conditions. Finally, a comprehensive comparison between the results obtained from the discrete element and finite element methods was presented. Finally, it was concluded that the discrete element approach provides a more accurate prediction of unreinforced masonry walls than finite element one.