Implementazione di un efficiente modello di danno 3D per calcestruzzo e muratura

Lo studio della risposta non lineare di strutture in CA o muratura, e in particolare lo studio del danno indotto da azioni sismiche, spesso richiede una modellazione accurata di elementi strutturali come ad esempio setti a taglio. In questi casi si necessita di legami costitutivi complessi che riescano a descrivere il comportamento non lineare di materiali fragili che esibiscono un softening nella risposta a causa di formazione di fessure. Questi legami portano a tempi di analisi spesso proibitivi a causa dei complessi algoritmi non lineari usati per la valutazione delle variabili interne. I costi dell'analisi incrementano ulteriormente a causa dei problemi di convergenza che si incontrano a seguito della modellazione del softening e quindi della localizzazione delle deformazioni. Questo lavoro presenta un legame di danno tridimensionale a due parametri (tensione-compressione), e la sua implementazione in OpenSees, particolarmente efficiente dal punto di vista computazionale grazie ad un metodo misto implicito-esplicito per la valutazione delle variabili interne.

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L'approccio di micro-modellazione per valutare la risposta di materiali come muratura e calcestruzzo aventi un comportamento fortemente non lineare 

Dal punto di vista macroscopico la muratura può essere vista come un materiale composito costituito da componenti microstrutturali (mattoni e giunti di malta) con comportamento fortemente non lineare la cui disposizione all'interno della micro-struttura porta a comportamenti non lineari molto complessi caratterizzati da diverse modalità di collasso. Diverse strategie di modellazione numerica sono state proposte in letteratura per simulare il comportamento delle strutture in muratura (Roca et al. 2010): modelli continui equivalenti (Pelà et al. 2011) (Pela et al. 2014); micro-modelli (Paulo e Rots, 1997) (Petracca et al. 2017); modelli di omogeneizzazione computazionale (Petracca et al. 2016) (Petracca et al. 2017) (De Bellis e Addessi, 2011) (Massart et al. 2007).

Nel presente lavoro verrà utilizzato l'approccio di micro-modellazione. Nella micromodellazione, la micro-struttura muraria è modellata esplicitamente ed ogni componente microscopico è descritto mediante un proprio modello costitutivo non lineare.
La micromodellazione fornisce un'ottima accuratezza della risposta strutturale quando sono note le proprietà meccaniche dei materiali dei costituenti microscopici e possono essere utilizzati semplici modelli costitutivi non lineari isotropi: l'anisotropia indotta dal danno è esplicitamente catturata dalla presenza della microstruttura nel modello computazionale.
La Figura 1 mostra l'approccio di micro-modellazione adottato: sia i mattoni sia i giunti di malta sono modellati con elementi plane-stress 2D a cui sono assegnati modelli di danno a trazione e compressione.

Schema dell'approccio di micro-modellazione 2D adottato.

Figura 1. Schema dell'approccio di micro-modellazione 2D adottato.

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Articolo tratto dagli atti del XVIII Convegno ANIDIS