In this thesis a new proposal to represent the in-plane non-linear structural behaviour of masonry is presented. The proposal is explained and evaluated in order to determine its quality. The model has the ability to represent unreinforced, reinforced and confined masonry walls, considering different wall configurations. The wall configurations can take into account different dimensions for the wall and sizes for bricks and joints. Additionally, the model is able to consider different bricks, mortar and interface brick-mortar material properties. The most important point in the proposal is the implementation of the joint model. The joint model is defined as a special connection considering two non-linear springs (one longitudinal and one transversal to the joint connected in parallel) and one contact element (connected in series with the springs). This configuration is able to simulate almost all the failure possibilities in the joint. The bricks are implemented considering solid finite elements, taking into account a non-linear material behaviour. The model is implemented in ANSYS and then used to simulate the structural behaviour of a group of walls previously tested in laboratory in other research projects carried out in Europe (ESECMaSE) and Chile (U. of La Serena). For the seven walls considered, the results obtained with the proposed model have a good agreement with those obtained in the laboratory tests.
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.
