مدل سازی رفتار غیرخطی مصالح بنایی غیر مسلح با استفاده از روش چند صفحه ای

مصالح بنایی در گذشته های دور، با توجه به نقش باربری قابل توجه، مصالح اصلی ساخت و ساز را تشکیل می دادند. این مصالح اولین بار با مشاهده سخت شدن گل در کناره کوره ها و تنورهای پخت و پز، مورد توجه قرار گرفتند و این مسئله اساس ساخت آجرهای امروزی را تشکیل می دهد. در آن زمان تنها به دلیل استحکام و در دسترس بودن مورد استفاده قرار می گرفت اما با گذشت زمان و مشاهده رفتار و عملکرد آن ها در شرایطی مثل زمین لرزه و باد و این که انسان همیشه به دنبال امنیت خاطر و آسایش می باشد، نیاز به شناخت رفتار دقیق تر این مصالح بیش از پیش احساس شد. در گذشته که تکنولوژی از شکل امروزی فاصله داشت، اکثر تحقیقات و بررسی ها حالت آزمایشگاهی داشت. به تدریج با پیشرفت علم و تکنولوژی دانشمندان به تحلیل های دقیق و علمی این مصالح در مقیاس کوچک و در مقیاس سازه های واقعی پرداختند. مدل سازی عددی دیوارهای آجری به طور کلی به پنج دسته مدل سازی میکرو یا ریزمدل سازی و مدل سازی ماکرو یا درشت مدل سازی و المان های ابداعی و حالت حدی و چند مقیاسی تقسیم می شوند. همان طور از ظاهر مشخص است، دیوار آجری یک ماده مرکب از سه جزء اصلی می باشد؛ آجر، ملات و سطح تماس آجر و ملات. در مدل سازی میکرو هر کدام از اجزاء دیوار آجری به طور جداگانه مدل سازی می شوند. هر چند که مدل سازی در این روش از دقت قابل توجهی برخوردار است، اما از نظر حجم محاسبات و شیوه مدل سازی، بسیار پیچیده است و برای مدل سازی در ابعاد بزرگ کاربردی ندارد. در مدل سازی ماکرو ، دیوار آجری به صورت یک ماده هموژن و یک دست، با خواص مکانیکی معادل فرض می شود. مدل سازی در این روش ساده بوده و حجم محاسبات نیز بسیار کمتر از مدل سازی میکرو می باشد. در روش سوم از یک سری المان های معادل به جای مدل سازی کل دیوار استفاده می شود. روش حدی نیز به مدل سازی المان های لاغر مصالح بنایی و طاق ها و قوس ها و بحث پایداری آن ها می پردازد و روش چند مقیاسی نیز از مزایای هر دو روش ماکرو و میکرو به منظور مدل سازی بنایی، بهره می گیرد. از جمله روش های عددی به کار رفته جهت مدل سازی عددی دیوارهای آجری نیز می توان به روش های اجزاء محدود و اجزاء مجزا اشاره کرد. بسیاری از مدل های عددی ارائه شده در این زمینه نیاز به پارامترهای متعددی دارند که لازمه داشتن آن ها، انجام آزمایش های غیرمتعارف و پرهزینه است و اجرای آن نیز نیاز به مهارت محاسباتی زیادی دارد، در این پایان نامه سعی شده یک مدل ماکرو با استفاده از نتایج تست های ساده و متعارف آزمایشگاهی برای ارزیابی دیوار بنایی غیرمسلح ارائه گردد. در واقع با داشتن نمودار تنش-کرنش یک منشور بنایی و خواص معمولی مانند مدول الاستیسیته و نسبت پواسون بنایی، مدل مذکور قادر خواهد بود تا رفتار غیرخطی یک دیوار بنایی را مدل سازی کند. رفتار بنایی غیر ایزوتروپیک است و در گذشته مدل هایی ارتوتروپیک برای مدل سازی آن در مقیاس ماکرو ارائه شده، ولی به دلیل نیاز به پارامترهای فراوان و پیچیده بودن آن، این مدل ها زیاد مورد استقبال قرار نگرفتند، برای رفع این نواقص یعنی ساده کردن تحلیل و در عین حال بالا بردن دقت آن در این تحقیق از یک ابتکار جدید جهت تحلیل دیوار بنایی استفاده شده است و آن استفاده از مدل چندصفحه ای است که اولین بار در مطالعه رفتار خاک به کار گرفته شده است، این مدل قادر است رفتار غیرایزوتروپیک تحمیلی ماده را به صورت خود به خود پس از تسلیم در نظر بگیرد، ویژگی عمده مدل چند صفحه ای، ارائه مدل ساختاری در صفحه است و نه در فضا، و از پیچیدگی های بیش از حد مدل های ساختاری در فضا در آن خبری نیست. اساس نظریه چندصفحه ای، تعیین ارتباط عددی بین دو حالت رفتارهای بین ذره ای (رفتارریزمقیاس) و خواص مکانیکی مهندسی (رفتاردرشت مقیاس) درقالب یک معادله ساختاری است. به عبارت دیگر، دراین حالت خواص ماده، ازویژگی هریک از اجزای سازنده آن به دست می آید و دست یابی به رفتار تنش- کرنش مصالح، با بررسی رفتاربین ذره ای نیزامکان پذیراست. این چهارچوب که دراصل کاربرد انتگرال گیری عددی درجمع آوری آثار مختلف دریک پهنه به حساب می آید، درپیش بینی رفتارمواد مرکب، بتن آرمه، نرم شدن مواد کشسان – خمیری وحتی محاسبه تغییرات ضریب نفوذپذیری خاک به تناسب تغییرشکل های خمیری در پهنه توده خاک، بکارگرفته شده است. دراین الگو چون رابطه ساختاری برای تعدادی صفحه مستقل نوشته می شود و ازطرفی این صفحه ها ازنظر درجه فعالیت، تغییرشکل خمیری، سخت شدگی وحتی گسیختگی متفاوت هستند، شکل ونزدیک ترین امتدادگسیختگی درهرسازه، قابل دست یابی است. در این پایان نامه سعی شده است تا در قالب برنامه نویسی به زبان برنامه نویسی متلب ابتدا رفتار درون صفحه ای مصالح بنایی در آزمایش سه محوره مدل سازی گردد و سپس امکان سنجی ای جهت استفاده از این مدل رفتاری در یک برنامه اجزاء محدود صورت گیرد. پس از اطمینان از صحت جوا ب های ارائه شده در قالب روش اجزاء محدود، دیوار بنایی بدون بازشویی که مورد تحقیق بسیاری از پژوهش ها قرار گرفته، تحت بار های جانبی با استفاده از الگوریتم ارائه شده، مورد تحلیل قرار بگیرد.