Heterogeneous modelling of brick triplets reinforced by FRP strips

In the present study, mechanical tests on masonry triplets with offset, referred to as Double Lap Shear Tests in mechanical engineering and Triplet Tests in civil engineering, strengthened by means of Fiber-Reinforced Polymer (FRP) strips, were simulated by nonlinear finite element models developed in the commercial code Abaqus. To this purpose, a heterogeneous modelling of the masonry was considered, with perfect adhesion between the external reinforcement strip and the substrate. The mechanical behavior of mortar joints and brick was described separately by means of the isotropic damaged plasticity model already available in the Abaqus library, with parameters (different from the two constituents) derived from the literature. Theoretical formulation and pros and cons of the present Abaqus implementation were widely and critically discussed within the thesis, with special emphasis on important issues such as characteristic length regularization, interaction between damage and plasticity. Several numerical simulations of the triplets were carried out, with reference to diverse experimental configurations. An Explicit integration scheme was utilized for quasi static simulation, considering mass scaling to reduce computing time. Damage evolution within the masonry bulk was correlated to the overall response of the sample in terms of reaction force and prescribed displacement.

Nel presente lavoro, sono state simulate prove di taglio diretto non confinate, note come Triplet tests nell'ambito dell’ingegneria civile e Double Lap Shear Tests in ingegneria meccanica, su triplette di mattoni sfalsati rinforzate tramite fasce di materiale fibrorinforzato a matrice polimerica (FRP), definendo modelli non lineari ad elementi finiti nel software commerciale Abaqus. A questo scopo, è stata considerata una modellazione eterogenea della muratura con perfetta aderenza tra il rinforzo esterno e lo strato su cui è applicato. Il comportamento meccanico dei giunti di malta e dei mattoni è stato descritto separatamente per mezzo del modello isotropo di danneggiamento plastico presente nella libreria di Abaqus, con parametri (diversi per i due materiali) derivati dalla letteratura. La formulazione teorica e i pro e contro della presente implementazione Abaqus sono stati discussi ampiamente e criticamente nel corso della tesi, ponendo enfasi in particolare su questioni importanti come la regolarizzazione della lunghezza caratteristica e l'interazione tra danno e plasticità. Sono state svolte diverse simulazioni sulle triplette, con riferimento a differenti configurazioni sperimentali. Per le simulazioni quasi-statiche è stato utilizzato uno schema di integrazione esplicita, introducendo una riscalatura della densità per ridurre i tempi di calcolo. L'evoluzione del danno nella muratura è stata correlata alla risposta del sistema in termini di forza risultante e spostamento imposto.