Discrete element analysis of the mechanics of masonry structures  Page description

Help  Print 
Back »
 

Details of project

  
Identifier
100770
Type K
Principal investigator Bojtárné dr.Bagi, Katalin
Title in Hungarian Falazott szerkezetek mechanikájának diszkrét elemes vizsgálata
Title in English Discrete element analysis of the mechanics of masonry structures
Keywords in Hungarian Diszkrét elemek módszere, falazott szerkezetek
Keywords in English DEM, masonry structures
Discipline
Technical Mechanics (Council of Physical Sciences)100 %
Panel Engineering, Metallurgy, Architecture and Transport Sciences
Department or equivalent Department of Structural Mechanics (Budapest University of Technology and Economics)
Participants Lengyel, Gábor
Molnár, Gergely
Papp Gyuláné Fódi, Anita
Szakály, Ferenc
Starting date 2012-04-01
Closing date 2017-03-31
Funding (in million HUF) 6.999
FTE (full time equivalent) 4.90
state closed project
Summary in Hungarian
A projekt célja négy olyan problémakör vizsgálata DEM segítségével, amelyekre a falazott szerkezetek klasszikus eljárásai nem alkalmazhatók:
1. Többnyílású ívhidak
Célunk az ívek egymásrahatásának elemzése, az együttes térbeli mechanikai viselkedés megértése, emellett különféle megerősítési technikák hatásának DEM szimulációk alapján való vizsgálata.
2. Támaszmozgások hatása boltozatokra: Mely repedések veszélyesek?
A falazott szerkezetekben a kapcsolatok támaszmozgások esetén megnyílhatnak, ami a belső erők átrendeződését eredményezi. Különféle boltozatok támaszmozgásainak szimulálásával szeretnénk felmérni, milyen repedésrendszerek tekinthetők veszélytelennek, és melyek azok, amelyek a teherbírásvesztés közeledtére figyelmeztetnek.
3. Nagysebességű becsapódások hatása boltozatokra
A szokásos összeomlási módokon kívül a becsapódások lokális tönkremenetelt és megcsúszásokat is okozhatnak, olyankor is, ha a boltozatot energiaelnyelő szemcsehalmaz védi. Célunk a tönkremeneteli módok feltérképezése és annak elemzése, hogy többrétegű kialakítással javítható-e a boltozatok ellenállása.
4. Vasalással erősített falak és kémények
A falak és kémények nyírási ellenállása és talajmozgásokkal szembeni ellenállóképessége jelentősen javítható vasalással és megfelelő téglakötések alkalmazásával. DEM szimulációkban kipróbálva számos geometriai elrendezést, célunk optimális konstrukciókat találni.
Summary
Using the Discrete Element Method, in our project we plan to analyse four problems for which the classical methods of masonry analysis are inapplicable:

1. The Multispan Effect
Our aim is to understand the 3D mechanical behaviour of multispan bridges, with a focus on how neighbouring arches contribute to each other’s load bearing. We also plan to simulate the effect of different repair and strengthening techniques.

2. Support displacements under different types of vaults: Which cracks matter?
Masonry structures are sensitive to support displacements: if cracks open, the distribution of compression forces between blocks has to alter. We plan to simulate a variety of support displacements for different domes and vaults, and analyze whether the appearing cracks warn on the danger of collapse.

3.: High velocity impacts on masonry vaults
In addition to usual failure mechanisms, individual blocks of a vault may slide or be broken when high velocity impacts act either directly, or on a protective granular layer. Our aim is to discover the different failure modes and analyze multi-ring constructions.

4: Reinforced masonry walls and chimneys
Resistance of everyday mortared masonry structures for shear loads and soil movements can significantly be improved with the help of properly placed reinforcements and with the suitable bond order of bricks. We plan to simulate different arrangements to find optimal geometrical constructions.




 

Final report

  
Results in Hungarian
A legfontosabb eredmények: - Ívhidak teherbírása növelhető, ha a híd ferdeségét növeljük, feltéve, hogy valamelyik fejlettebb konstrukciós technikával készült a híd. Téves tehát az a gyakorlatban jelenleg használatos eljárás, hogy a ferde híd teherbírását az azonos fesztávú egyenes híd teherbírási értékének csökkentésével becsülik. - Heyman "Safe Theorem"-je, amelyet a gyakorlatban általánosan elterjedten alkalmaznak falazott szerkezetek állékonyságának ellenőrzésére, egyes esetekben a biztonság kárára téved. A tételnek két korrigált változatát adtuk meg. - Ovális boltozatokra olyan diagramokat készítettünk a gyakorló mérnökök számára, amelyek segítségével egy konkrét vizsgált boltozatnak megállapítható az ún. geometriai biztonsági tényezője. - Csúcsíves dongaboltozatokat vizsgálva, a szabályos háromszögre szerkesztett csúcsívhez igen közeli alak bizonyult optimálisnak önsúlyteher esetére. Ez a felismerés egyfajta lehetséges magyarázat arra, miért vált a gótikában annyira elterjedtté a szabályos háromszögre szerkesztett csúcsív. - Bordás és borda nélküli keresztboltoztok viselkedését összehasonlítva kvázistatikus támaszmozgások és -rezgések (pl. földrengés) esetén, kiderült, hogy a bordás változat (melynek teherbírása és merevsége nagyobb) kedvezőtlenebbül viselkedik: nagyobb repedésekkel és lokális sérülésekkel kénytelen alkalmazkodni a támaszmozgások miatt módosuló geometriához, mint a borda nélküli szerkezetek.
Results in English
The most important results: - Skew arches of helicoidal and logarithmic construction have higher resistance to static loads than the corresponding straight arch. The engineering practice to calculate the load bearing of a skew arch by decreasing the load bearing of the corresponding straight arch with a chosen factor is not appropriate. - Heyman's Safe Theorem may erroneously declare unsafe structures to be safe. Two corrected versions of the theorem were formulated. - For oval domes, diagrams were prepared for the practicing engineers to appraise the geometrical factor of safety of an analysed dome. - Pointed arches have their optimal shape for selfweight near to the arc drawn on the equilateral triangle. It offers a possible mechanical explanation why arcs drawn on the equilateral triangle became so general in the Gothic. - Ribbed and unribbed cross vaults were compared under quasi-static support displacements as well as support vibrations. The ribs played a rather negative role: ribbed vaults had to be damaged more seriously in order to accomodate to the changes of geometry than the unribbed vaults.
Full text https://www.otka-palyazat.hu/download.php?type=zarobeszamolo&projektid=100770
Decision
Yes





 

List of publications

  
Forgács, T. - Sarhosis, V. - Bagi, K.: Effect of construction method on the load bearing capacity of skew masonry arches, nyelvi lektorálás alatt; tervezett benyújtás: Engineering Structures;, 2017
Kassotakis N - Sarhosis V - Forgács T - Bagi K: Discrete element modelling of multi-ring brickwork masonry arches, 13th Canadian Masonry Symposium, Halifax, Canada, 04-07 June 2017 (11 oldal, lektorált), 2017
Lengyel, G.: Minimum thickness of the gothic barrel vault, Archive of Applied Mechanics, bírálat alatt, 2017
Lengyel, G.: Discrete element analysis of gothic vaults for self-weight and horizontal support displacement, Engineering Structures, bírálat alatt, 2017
Lengyel, G. - Németh, R.: The mechanical role of the ribs in masonry groin vaults for seismic action, Soil Dynamics and Earthquake Engineering, bírálat alatt, 2017
Bagi, K.: Fundaments of the discrete element method, https://www.me.bme.hu/en/profil/katalin-bagi, BME Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék, 2012
Turi, N. - Bagi, K. - Kiss, R.M. - Török, Á.: A prágai Károly-híd modellezése, Magyar Építőipar, 2013
Simon, J. - Bagi, K.: Ovális alaprajzú falazott boltozatok diszkrét elemes vizsgálata, Magyar Építőipar 2012/5. pp. 180-186, 2012
Simon, J. - Bagi, K.: Discrete element analysis of the minimum thickness of oval masonry domes, Int. J. Solids and Structures, bírálatok után javítás alatt, 2012
Bagi, K.: When the Safe Theorem fails: Non-Heymanian collapse modes of masonry structures, Int. J. Solids and Structures, benyújtva, bírálatra vár, 2013
Simon, J. - Bagi, K.: Discrete element analysis of masonry domes with oval plan, 8th European Solid Mechanics Conference, 9-13 July 2012, Graz, Austria; előadás, 2012
Bagi, K.: When Heyman’s Safe Theorem for Rigid Block Sytems Fails: Non-Heymanian Collapse Modes of Masonry Structures, Int. J. Solids and Structures, elfogadva, nyomdában, 2014
Lengyel, G. - Bagi, K.: Discrete element analysis of the mechanical role of the ribs in groin vaults, 7th MIT Conference on Computational Fluid and Solid Mechanics, 12-14 June 2013, Cambridge, Boston, USA; előadás, 2013
Lengyel, G. - Bagi, K.: Mechanical behaviour of masonry chimneys, 19th Inter-Institute Seminar for Young Researchers, 11-12 Oct 2013, Vienna; előadás, 2013
Bagi, K.: When Limit State Analysis Fails: Collapse of Masonry Structures, COMPLAS 2013 Conference, 03-05 Sept 2013, Barcelona, 2013
Simon, J. - Bagi, K.: Discrete element analysis of the minimum thickness of oval masonry domes, Int. J. Architectural Heritage, elfogadva, nyomdában, DOI: 10.1080/15583058.2014.996921, 2015
Bagi, K.: When Heyman’s Safe Theorem for Rigid Block Sytems Fails: Non-Heymanian Collapse Modes of Masonry Structures, Int. J. Solids and Structures 51 (14), 2696–2705, 2014
Rigó, B. - Bagi, K.: Discrete element analysis of stone cantilever stairs, Engineering Structures, benyújtva: 2014 november, 2015
Szakály, F. Hortobágyi, Zs. - Bagi, K.: Discrete element analysis of the shear resistance of planar walls with different bond patterns, The Open Construction & Building Technology Journal, benyújtva: 2015 január, 2015
Lengyel, G. - Bagi, K.: Analysis of the horizontal reaction of pointed barrel and cross vaults, The Open Construction & Building Technology Journal, benyújtva: 2015 február, 2015
Lengyel, G. - Bagi, K.: Numerical analysis of the mechanical role of the ribs in groin vaults, Computers & Structures, benyújtva: 2014 július, javított változat benyújtva: 2015 április, 2015
Szakály, F. - Bagi, K.: Falazott szerkezetű síkfalak kvázi-statikus vizsgálata, XII. MAMEK, Miskolc, 2015. augusztus 25-27., bírálat alatt, 2015
Simon, J. - Bagi, K.: Discrete element analysis of the minimum thickness of oval masonry domes, Int. J. Architectural Heritage, Vol. 10(4), pp. 457-475, DOI: 10.1080/15583058.2014.996921, 2016
Szakály, F. - Hortobágyi, Zs. - Bagi, K.: Discrete element analysis of the shear resistance of planar walls with different bond patterns, The Open Construction & Building Technology Journal, Vol. 10, pp. 190:202, 2016
Lengyel, G. - Bagi, K.: Horizontal reaction components of pointed vaults, International Journal of Masonry Research and Innovation, accepted, in press, 2016
Szakály, F. - Bagi, K.: Falazott szerkezetű síkfalak kvázi-statikus vizsgálata, XII. MAMEK, Miskolc, 2015. augusztus 25-27. (7 oldal), 2015
Bagi, K.: The DDA Method, Sarhosis et al (eds): Computational Modeling of Masonry Structures Using the Discrete Element Method. IGI Global, Hershey, pp. 91-104, 2016
Bagi, K.: The Contact Dynamics Method, Sarhosis et al (eds): Computational Modeling of Masonry Structures Using the Discrete Element Method. IGI Global, Hershey, pp. 105-125, 2016
Lengyel, G., Bagi, K.: Analysis of the horizontal reaction of pointed barrel and cross vaults, Procs. 8th Intl. Congress of Croatian Society of Mechanics, 29 Sept – 2 Oct 2015, Opatija, Croatia (23 pages), 2015
Szakály, F., Bagi, K.: Quasi-static modelling of masonry structures, Procs. 8th Intl. Congress of Croatian Society of Mechanics, 29 Sept – 2 Oct 2015, Opatija, Croatia (9 pages), 2015
Forgács, T. - Sarhosis, V. - Bagi, K.: Influence of construction method on the mechanical behaviour of skewed masonry arches, Procs. 8th International Congress of Croatian Society of Mechanics, 29 September – 2 October 2015, Opatija, Croatia, 2015
Forgács, T. - Sarhosis, V. - Bagi, K.: Influence of Construction Method on the Mechanical Behaviour of Skewed Masonry Arches, 20th Inter-Institute Seminar, 9-10 October 2015, Cracow, Poland, 2015
Forgács, T. - Sarhosis, V. - Bagi, K.: Modelling of skew masonry arches, International Journal of Architectural Heritage (előkészületben, nyelvi lektorálás alatt), 2016
Lengyel, G. - Bagi, K.: Horizontal reaction components of pointed vaults, International Journal of Masonry Research and Innovation, 1(4), pp. 398-420, DOI: 10.1504/IJMRI.2016.10002047, 2016
Lengyel, G. - Bagi, K.: Numerical analysis of the mechanical role of the ribs in groin vaults, Computers & Structures 158, pp. 42-60, 2015
Szakály, F. - Bagi, K.: Falazott szerkezetű síkfalak kvázi-statikus vizsgálata, XII. MAMEK, Miskolc, 2015. augusztus 25-27. (7 oldal, lektorált), 2015
Forgács, T. - Sarhosis, V. - Bagi, K.: Minimum thickness of semi-circular skewed masonry arches, Engineering Structures 140, pp. 317-336, https://doi.org/10.1016/j.engstruct.2017.02.036, 2017




 

Events of the project

  
2015-06-08 11:35:49
Résztvevők változása
2013-06-10 12:25:46
Résztvevők változása



Back »