Mechanically consistent scaling of historical stone columns
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Beschreibung
Eine Reihe von Stätten, die auf der Liste des Weltkulturerbes stehen, haben Schäden an ihren Steinsäulen erlitten, die auf seismische Ereignisse zurückzuführen sind, die sich über einen Zeitraum von Tausenden von Jahren ereignet haben. Trotz des anerkannten Risikos, das die seismische Aktivität für solche Strukturen darstellt, gibt es nur wenige wissenschaftliche Erkenntnisse über das Verhalten von Steinblockstrukturen unter seismischer Belastung. Die vorliegende Studie konzentrierte sich auf die Schaukelbewegung zwischen zwei Steintrommeln, neben den Gleit- und Torsionsbewegungen. Dieser Mechanismus ist die Hauptursache für das seismische Verhalten von großen Steinblocksäulen mit mehreren Trommeln, wie sie beispielsweise im Neptun-Tempel beobachtet wurden. Der Kontaktmechanismus wurde auf lokaler Ebene mit Hilfe der Tribologie modelliert. Um ein realistisches globales Modell für solche Strukturen zu entwickeln, wurde eine Verbindung zwischen dem lokalen und dem globalen Verhalten hergestellt, indem eine mechanisch konsistente Skalierung (MCS) angewendet wurde. Die globale Strukturanalyse bezieht somit lokale Informationen mit ein und erleichtert so die Generierung detaillierterer Ergebnisse. Das lokale numerische Modell wurde unter Verwendung der Finite-Elemente-Methode mit der Software Abaqus entwickelt. Das Modell berücksichtigt die signifikanten nichtlinearen Eigenschaften des lokalen Kontakts zwischen den beiden Steintrommeln, einschließlich Verhalten wie Stick-Slip und Overclosure-Clearance. Anschließend lieferte MCS die konstitutive Beziehung für ein Makroelement, das einzelne Knoten in den Zentren aufeinanderfolgender Steintrommeln miteinander verbindet. Die Verwendung von nur sechs Freiheitsgraden (DOF) an jeder Trommel ermöglicht die effiziente Modellierung kompletter Säulen, Trommel für Trommel, ohne den Verlust von Informationen auf der lokalen oder globalen Strukturskala. Das lokale Verhalten kann in jedem Zeitschritt während einer Zeitverlaufsanalyse abgerufen werden. Um die entwickelten lokalen und Makromodelle zu verifizieren, wurden eine Reihe von kleinmaßstäblichen Tests und hybriden Simulationen mit einer Modellsäule des Neptun-Tempels im Maßstab 1:3 durchgeführt. Die entwickelten Modelle können nun mit Zuversicht für die seismische Analyse anderer griechischer Säulenstrukturen verwendet werden, die viele Erdbeben überstanden haben.
Autor*in
Kim Le Chuyen Nguyen
Themen in »Mechanically consistent scaling of historical stone columns«
mechanisch konsistente Skalierung Experiment Makroelement Kontaktmodellierung Seismik Steinsäule Mechanically Consistent Scaling Macro element Contact modelling Seismic Stone column