석조 벽 Abaqus 시뮬레이션

아바쿠스의 석조 벽

조적(masonry)은 벽돌, 석재 및 기타 건축 자재를 지칭할 수 있습니다. 조적 벽은 콘크리트 블록, 구운 점토 벽돌, 햇볕에 말린 벽돌, 석재 벽돌, 천연석과 같은 조적 구성 요소를 시멘트나 그라우트로 접합한 배열입니다. 조적 벽 Abaqus 시뮬레이션은 이 패키지의 워크숍에서 완벽하게 제공됩니다.

석조물은 현재 다양한 건설 프로젝트에 사용되는 가장 오래된 구조 자재입니다. 다양한 건설 프로젝트에 꾸준히 적용되어 왔습니다. 교량, 공공 및 종교 시설, 그리고 역사적 기념물과 같은 자연석 구조물은 세계 건축 역사의 대부분을 차지합니다. 석조 구조물의 기계적 거동을 확실히 이해하는 것이 중요합니다. 석조 구조물의 주요 특징은 높은 압축 강도와 접합부로 인한 인장 강도가 거의 없다는 것입니다. 따라서 엔지니어는 이러한 구조물의 인장 강도를 향상시키기 위한 전략을 찾아야 합니다. 워크숍 3을 참조하세요.

전 세계적으로 테러 공격이 증가함에 따라 엔지니어와 과학자들은 기반 시설이 폭발 하중에 얼마나 민감한지에 더욱 주의를 기울이고 있습니다. 이러한 하중은 경미한 손상부터 구조물 붕괴, 그리고 심각한 인명 피해까지 다양한 결과를 초래할 수 있습니다. 따라서 다양한 하중 하에서 구조물이 어떻게 거동하는지 이해하는 것이 중요합니다. 워크숍 1과 4를 확인해 보세요.

자세한 내용은 아래 설명을 참조하세요.

워크숍-1: 결합된 오일러-라그랑지안 폭발 하의 석조 벽체 거동 시뮬레이션

이 수업에서는 Abaqus를 사용하여 몇 가지 오일러-라그랑주 폭발 하에서 석조 벽의 거동을 모델링합니다. 기체 또는 응축된 폭약 폭발 후 주변 공기를 통한 압력파 전파와 같은 폭발과 관련된 수많은 동적 문제는 수치 모델을 사용하여 널리 해결됩니다. 이러한 기법은 압력파의 전파 방향과 다양한 건물 구조에 미치는 영향을 평가하는 데 사용될 수 있습니다. 폭발 현상의 정확한 메커니즘을 이해하고 장애물의 반응 및 최종 파괴를 예측하는 신뢰할 수 있는 수치 모델링 기법을 개발하기 위해 연구자들은 수십 년 동안 다양한 유형의 재료에 대한 수치 폭발 시뮬레이션과 함께 수많은 실제 실험을 수행하고 발표해 왔습니다. 폭약의 종류와 강도가 구조물 내에서 폭발이 어떻게 거동하는지에 영향을 미친다는 것은 말할 필요도 없습니다. 이 두 가지 요소는 변경될 수 있으며 매우 다른 결과를 얻을 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하는 목적은 관련 분야의 최신 기술을 제공하는 본 연구에서 설명됩니다.

TNT는 솔리드로, 도메인은 오일러 부분으로 표현되며, 콘크리트 블록은 3차원 부분으로 모델링됩니다. 조립된 부분들에 대한 그림은 아래와 같습니다.

이 연구의 주요 목표는 CEL 폭발에 노출된 실제 건물의 거동을 정확하게 묘사하는 석조 벽의 견고한 수치 모델을 만드는 것입니다. 시뮬레이션은 또한 석조 벽의 손상 값에 크게 의존합니다. Johnson-Holmquist 모델을 사용하여 높은 변형률 속도에서 콘크리트 블록의 거동을 모델링합니다. JWL 상태 방정식이 TNT 거동을 모델링할 수 있음을 의미합니다. 모든 접촉에 대해 동적 명시적 프로세스를 사용합니다. 응집력, 진화에 따른 손상 및 접선 마찰을 활용하여 상호 작용에서 모르타르 거동을 특성화합니다. 블록의 접촉 표면에는 이 속성이 주어집니다. 하단 콘크리트 보는 적절한 경계 조건에 따라 달라집니다. 이 튜토리얼에서는 체적 분율 접근법을 사용하여 TNT의 위치와 양을 지정합니다. 미세 메시를 사용하면 출력 결과가 크게 향상됩니다.

벽돌 시뮬레이션을 통해 압력, 응력, 그리고 TNT 파동을 얻을 수 있습니다. 아래는 몇 가지 결과 수치입니다.

워크숍-2: Abaqus에서의 석조벽(벽돌벽)의 미세모델링 및 로킹모드 파괴 조사

다양한 건축에 여전히 사용되고 있는 가장 오래된 구조 재료는 조적(masonry)입니다. 조적은 다양한 건축 작업에 꾸준히 사용되어 왔습니다. 오래된 조적 구조물은 숙련된 조적공들이 복잡한 계산보다는 시행착오적인 기법을 사용하여 설계하고 시공했습니다. 최근 엔지니어들은 혁신적인 조적 구조 분석 기법에 주목하고 있습니다. 전반적으로, 조적의 응답을 더 정확하게 표현하기 위해서는 수치 모델에 계면 특성이 필요합니다. 접합부에 계면 구성요소를 사용하고 조적 유닛, 그라우트, 모르타르에 적합한 모델을 사용하는 것이 두 가지 잠재적인 선택 사항입니다.

이 시뮬레이션을 위해 벽돌을 3차원으로 모델링했습니다. 벽돌과 콘크리트 보의 위치는 아래 그림과 같습니다. 콘크리트와 벽돌은 탄성 재료로 간주됩니다.

모르타르의 거동을 시뮬레이션하는 방법은 두 가지가 있습니다. 해석 과정에서 모르타르가 손상되었기 때문에 이를 고려해야 합니다. 첫 번째 방법은 모르타르를 3차원 부품으로 정의하는 것입니다. 두 번째 방법은 응집력 있는 거동과 손상 및 변화 과정을 결합하여 모르타르를 벽돌의 접촉면에 할당하는 것입니다. 두 번째 방법은 본 시뮬레이션에 활용되었으며, BK Low는 이를 수직, 전단 및 접선 강성을 갖는 손상 공식으로 간주합니다.

아래에서 이 시뮬레이션 결과에 대한 몇 가지 수치를 확인할 수 있습니다. 해석 중 수직 압력과 집중된 횡력을 가하여 흔들림 파괴 모드를 감지했습니다.

워크숍-3: Abaqus에서 GFRP 보강재를 사용한 보강벽돌 석조 보의 수치 시뮬레이션

이번 수업에서는 GFRP 보강재를 사용하여 보강벽돌과 조적보로 구성된 조적벽의 Abaqus 수치 시뮬레이션을 살펴보았습니다. GFRP 시트와 벽돌은 각각 3차원 솔리드 부품과 쉘 부품으로 모델링되었습니다. 조립된 부품의 다이어그램은 아래와 같습니다.

세계 건축 역사의 대부분은 다리, 공공 및 종교 시설, 그리고 역사적 기념물을 포함한 자연석 건축물로 이루어져 있습니다. 자연석의 장점은 아름다움, 접근성, 경도, 인성, 그리고 지속가능성입니다. 석조 건축물의 기계적 거동에 대한 심도 있는 지식은 필수적입니다. 석조 건축물의 주요 특징은 접합부로 인해 높은 압축 강도와 거의 0에 가까운 인장 강도입니다. 따라서 압축 강도를 주로 다루는 구성원만이 역사적 건축물에 석조를 사용할 수 있습니다. 저항력 강화를 목표로 역사적 건축물의 복원에 가장 자주 사용되는 기술 중 하나는 조적 구조물의 보강입니다. 철근, 링 및/또는 복합 재료를 사용하여 시공할 수 있습니다. FRP와 같은 복합 재료는 지난 20년 동안 신축 및 기존 조적 구조물의 보강 및 수리에 점점 더 많이 고려되어 왔습니다. 높은 인장 강도, 내식성, 그리고 취급의 용이성으로 인해 FRP는 보강재로 사용하기에 매우 적합합니다. 탄소와 유리 섬유로 강화된 복합재를 이용한 석조물의 강화에 대한 연구가 여러 연구에서 다루어졌습니다.

벽돌은 탄성 거동을 보인다 콘크리트의 손상된 소성. GFRP 시트는 탄성 거동을 나타내는 라미나 유형을 사용합니다. 하신 실패 기준. 모든 접촉에 명시적 단계를 사용합니다. 블록과 GFRP 시트 사이의 접촉은 완벽할 것으로 예상됩니다. 응집력 거동과 손상 매개변수를 사용하여 모르타르를 응집력 있는 표면 접촉으로 사용합니다. 상단 강체가 힘을 가하기 위해 변위를 사용하고, 하단 강체에는 고정 경계 조건을 사용합니다. 좋은 결과를 얻으려면 메시가 정밀해야 합니다.

응력, 변형률, 변위 등을 포함한 모든 결과는 시뮬레이션 후에 얻을 수 있습니다. 아래는 결과를 나타내는 몇 가지 수치입니다.

워크숍-4: Abaqus 마이크로 모델 S석조 벽 위의 지진 하중 시뮬레이션

전 세계적으로 테러 공격이 증가함에 따라 엔지니어와 과학자들은 건물과 기반 시설이 폭발 하중에 얼마나 취약한지에 더욱 주의를 기울이고 있습니다. 이러한 하중은 경미한 손상부터 구조 붕괴, 그리고 심각한 인명 피해까지 다양한 결과를 초래할 수 있습니다. 가장 오래되고 널리 사용되는 건축 자재인 조적은 조적 건물과 철근 콘크리트(RC) 골조 건물의 충전벽에 모두 사용되며, 가장 큰 피해를 입습니다. 완전한 파괴나 구조 붕괴가 없더라도, 날아오는 파편은 심각한 사망이나 부상을 초래할 수 있습니다. 따라서 여러 연구자들은 조적 벽의 폭발 하중 저항성을 향상시키기 위해 조적 벽을 강화하는 실행 가능한 방법을 모색해 왔습니다. 비강화 조적(URM) 벽 표면에 섬유 강화 폴리머(FRP)를 적용하는 것은 여러 가지 방법이 시험되었음에도 불구하고 URM 벽을 개선하는 데 가장 많이 사용되는 방법 중 하나입니다. 폭발은 벽 표면에 압력을 가하기 때문에 벽의 휨 저항성을 향상시켜야 합니다.

이 시뮬레이션에서는 두 가지 시나리오를 검토했습니다. 첫 번째 시나리오는 조적벽에 지진 하중이 작용하는 경우이고, 두 번째 시나리오는 압력 및 횡하중이 작용하는 경우입니다. 콘크리트 기둥과 벽돌은 모델에서 3차원 요소로 표현됩니다. 아래는 완성된 제품의 사진입니다.

첫 번째 예시를 재현하기 위해 세 가지 동적 명시적 단계를 사용했으며, 그중 한 단계는 두 번째 단계를 나타내는 데 사용되었습니다. 모르타르를 모델링하는 방법은 두 가지가 있습니다. 첫 번째 방법은 블록의 수평 및 수직 접촉면 사이에 단단한 부분을 배치하고 견인 분리 거동을 부여하는 것입니다. 두 번째 방법은 응집 접촉 특성, 세 가지 강성 데이터, 그리고 변형에 따른 손상을 사용하여 모르타르 거동을 고려합니다. 이 시뮬레이션에서는 두 번째 옵션을 선택했습니다. 시뮬레이션 중 지진 응력으로 인한 엄청난 변형으로 인해 블록 접촉면과 모르타르 사이의 간격이 붕괴되었습니다. 아래는 확인할 수 있는 몇 가지 결과 수치입니다.

보는 것이 유용할 것입니다 Abaqus 문서 Abaqus 시뮬레이션을 시작하기가 얼마나 어려운지 이해하려면 Abaqus 튜토리얼.