Practical finite element modelling of segmented vaulted structures with assessment of imperfect dry-joints
Practical finite element modelling of segmented vaulted structures with assessment of imperfect dry-joints
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分段拱形结构的实用有限元建模以及不完善干接缝的评估
DOI：
10.1016/j.tws.2023.110890
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发表时间：
2023
影响因子：
6.4
通讯作者：
Nuh M
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Nuh M
采用图解法、极限状态分析法和刚性块体分析法可以预测具有干节点的拱形结构（如拱和壳）的响应。然而，这些方法假设材料变形可以忽略不计。虽然传统的砌体结构是可以接受的，但越来越多的研究分段拱形结构的工作，其中分段占总跨度的很大一部分。在这种情况下，材料变形和非线性可能会发挥重要作用。现有的典型分析工具通常难以使用，并且没有被行业从业者广泛使用。在本文中，使用广泛使用的有限元分析软件包（LS-DYNA）的建模方法，使用“开箱即用”的方法进行参数调整和建模。然后，这是基准对五个实验测试的干联合拱进行支持位移和一个分段的混凝土壳与大部分测试下的中心点负荷。至关重要的是，分段的外壳显示出不完美的干接缝，在各个位置都有间隙。通过在接触表面上使用正的穿透余量，研究了一种以简单实用的方式模拟和评估这种缺陷的方法。结果表明，该模型方法能够很好地预测拱的倒塌机理和失效支撑位移，需要进一步的三维系统的实验测试。据设想，这项工作将增加设计人员将用于分析分段拱形结构与干接缝的工具的数量。
The response of vaulted structures with dry-joints such as arches and shells can be predicted using graphical methods, limit state analysis, and rigid block analysis. However, these approaches assume material deformations are negligible. While acceptable for conventional masonry structures, there is a growing body of work investigating segmented vaulted structures where the segments comprise a large portion of the overall span. In such cases, material deformations and non-linearities can play a significant role. Typical analysis tools available are usually difficult to use and are not widely used by industry practitioners. In this paper, a modelling approach using a widely used finite element analysis package (LS-DYNA) is presented, using an ‘out-of-the-box’ approach for parameter tuning and modelling. This was then benchmarked against five experimental tests of dry-joint arches undergoing support displacements and a segmented concrete shell with large segments tested under a central point load. Crucially, the segmented shell exhibited imperfect dry-joints, with gaps occurring throughout various locations. A method of modelling and assessing such imperfections in a simple and practical manner is investigated through the use of a positive penetration allowance in the contact surfaces. The results show that the modelling approach is able to predict the collapse mechanism and failure support displacement for arches well, with further experimental tests required for 3D systems. It is envisioned that this work will add to the number of tools designers will have for analysing segmented vaulted structures with dry-joints.
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