Numerical model for nonlinear analysis of masonry walls

Kurzfassung In dieser Arbeit wird ein neues Modell vorgeschlagen, mit dem das nichtlineare Verhalten von Mauerwerksschubwänden mit Belastung in der Wandebene beschrieben werden kann. Dieses Modell wird detailliert erläutert und mit Labortests verglichen, um seine Qualität zu beurteilen. Mit dem vorgestellten Modell können unbewehrte, bewehrte und eingefasste Mauerwerkswände mit verschiedenen Mauerstein- und Fugengrößen modelliert werden. Darüber hinaus können verschiedene Materialeigenschaften für die Mauersteine und den Mörtel definiert werden sowie verschiedene Kontakteigenschaften für die Modellierung der Mauerstein-Mörtel-Interaktion. Der zentrale Aspekt der Arbeit ist die Formulierung des Fugenmodells. Die Fuge wird als eine spezielle Verbindung mit zwei parallelgeschalteten nichtlinearen Federelementen (eines senkrecht und eines parallel zur Fugenrichtung) und einem Kontaktelement, das mit den Federn in Reihe geschaltet ist, abgebildet. Mit dieser Zusammensetzung können nahezu alle möglichen Fuge-Versagensformen simuliert werden. Die Mauersteine werden als Festkörper finite Elemente mit einem nichtlinearen Materialgesetz abgebildet. Dieses Modell wird in ANSYS implementiert, um das Verhalten einer Gruppe von zuvor getesteten Mauern zu simulieren. Die Wände wurden im Rahmen von Forschungsprojekten in Labors in Europa (ESECMaSE) und Chile (Univ. La Serena) getestet. Für die sieben ausgewählten Mauerwerkswände zeigen die Ergebnisse der Simulationen mit dem hier vorgestellten Modell eine gute Übereinstimmung mit den Ergebnissen der Labortests.