مطالعه آزمایشگاهی و تحلیلی اثر زاویه اریب بر ظرفیت باربری طاق آجری نیم‌دایره

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران.

2 گروه مهندسی عمران، واحد نجف آباد، دانشگاه آزاد اسلامی، نجف آباد، ایران

چکیده

پوشش دهی فضاها همواره یکی از مهم‌ترین مسائل در مهندسی معماری بوده است. یکی از انواع پوشش‌های به کار رفته در ساختمان‌های کهن، طاق‌آهنگ می‌باشد. در این مقاله به کمک مطالعات آزمایشگاهی و تحلیلی به بررسی اثر زاویه اریب بر ظرفیت باربری طاق‌آهنگ آجری نیم‌دایره پرداخته می‌شود. مطالعات آزمایشگاهی در دو قسمت تعیین مشخصات مصالح و تعیین ظرفیت باربری طاق انجام شده است. در این مرحله به دلیل محدویت‌های آزمایشگاهی از مدل‌های مقیاس شده استفاده می‌شود. بارگذاری نمونه‌ها بصورت ثقلی با آهنگ ثابت در وسط دهانه به‌صورت تغییرمکان-کنترل فرض شده است. در ادامه مدل تحلیلی المان محدود غیرخطی مربوط به طاق آهنگ بر مبنای پارامترهای معیار شکست ویلام-وارنک توسعه یافته و مورد صحت سنجی قرار می‌گیرد. در نهایت مطالعات تحلیلی و پارامتریک به منظور بررسی رفتاری طاق‌های اریب نیم‌دایره با زوایا و نسبتهای ابعادی مختلف در دستور کار قرار گرفته است. پارامترهای رفتاری مهم مورد مطالعه در این تحقیق شامل بار شکست، بیشینه تغییرمکان و همچنین مکانیسم رفتاری طاق‌های مورب در مقایسه با طاق غیر مورب می‌باشد. نتایج تحقیق نشان می‌دهد که در تمامی مدل‌های مورد مطالعه، طاق مورب از ظرفیت باربری کمتری نسبت به طاق غیرمورب برخوردار است. بیشترین افت ظرفیت باربری در اثر تورب تا زاویه‌ی اریب 30 درجه اتفاق افتاده و برای مقادیر اریبی بزرگتر از 30 درجه از حساسیت پارامترهای رفتاری سازه نسبت به تورب کاسته می‌شود. به طوری که برای طاق با نسبت ابعاد 0/5 با افزایش زاویه‌ی اریب از صفر تا 30 درجه 58 درصد و از 30 درجه تا 45 درجه 18/74 درصد ظرفیت باربری طاق کاهش می یابد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات

عنوان مقاله [English]

Experimental and Analytical Study of the Effect of Skewed Angle on the Bearing Capacity of Semi-circular Brick Vaults

نویسندگان [English]

  • Saeid Sinaei 1
  • Esmaeel Izadi Zaman Abadi 2
  • Seyed Jalil Hoseini 2
1 Department of Civil Engineering, NajafAbad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
2 Department of Civil Engineering, NajafAbad Branch, Islamic Azad University, Najafabad, Iran
چکیده [English]

Covering spaces has always been one of the main issues in architectural engineering. Barrel vault is one of the cover types used in traditional structures. In this paper, the effect of skewed angle on the bearing capacity of a semicircular brick vault has been examined by the experimental and numerical study. The Experimental studies have been performed in two parts: determining the properties of materials and determining the bearing capacity of the vault. Due to laboratory limitations, scaled models of materials and structures are made used. The loading of the specimens is the gravitational force with a constant rate in the middle of the span is assumed to be displacement-control. In the following, the nonlinear finite element model related to the barrel vault is developed and validated based on the Willam-Warnke failure criterion parameters. Finally, to investigate the behavior of skewed semi-circular vaults the different angles and aspect ratios is studied by analytical and parametric models. The important behavioral parameters studied in this research are failure load, maximum displacement, and also the behavioral mechanism of skewed vaults in comparison with non-skewed vaults. The results indicate that in all models, the skewed vault has a lower bearing capacity than the non-skewed vault. The maximum drop in bearing capacity due to skew occurs up to the skewed angle of 30 degrees and for larger skewed values, the sensitivity of the structural behavioral parameters to skew decreases. So that for the vault with the aspect ratio of 0.5, with an increase in the angle of skew from zero to 30 degrees, the bearing capacity of the vault decreases 58% and 18.74 for increase from 30° to 45°.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Semi-circular brick vault
  • skewed angle
  • experimental study
  • non-linear finite element method
  • Willam-Warnke failure criterion

مراجع

[1] H. Zomarshidi, Dome and Vault Element of Iran, Zaman, Tehran, 2010. (in Persian)
[2] J. Martín-Caro, G. Morales, Numerical analysis of a load test on a skewed masonry arch bridge, in:  ARCH'07: 5th International Conference on Arch Bridges, 2007, pp. 569-576.
[3] V. Sarhosis, D.V. Oliveira, J.V. Lemos, P.B. Lourenço, The effect of skew angle on the mechanical behaviour of masonry arches, Mechanics Research Communications, 61 (2014) 53-59.
[4] T. Forgács, V. Sarhosis, K. Bagi, Minimum thickness of semi-circular skewed masonry arches, Engineering Structures, 140 (2017) 317-336.
[5] T. Forgács, V. Sarhosis, K. Bagi, Influence of construction method on the load bearing capacity of skew masonry arches, Engineering Structures, 168 (2018) 612-627.
[6] A. Naggasa, L. Augusthus Nelson, B. Haynes, Use of finite element analysis to investigate the structural behaviour of masonry arch bridges subject to foundation settlement, in:  10th International Masonry Conference, 2018.
[7] G. Angjeliu, G. Cardani, D. Coronelli, A parametric model for ribbed masonry vaults, Automation in Construction, 105 (2019) 102785.
[8] M. Alforno, C. Calderini, A. Monaco, F. Venuti, Numerical modelling of masonry vaults with different brick pattern, in:  Proceedings of IASS Annual Symposia, International Association for Shell and Spatial Structures (IASS), 2019, pp. 1-8.
[9] M. Hejazi, Y. Soltani, Parametric study of the effect of hollow spandrel (Konu) on structural behaviour of Persian brick masonry barrel vaults, Engineering Failure Analysis, 118 (2020) 104838.
[10] P. Zampieri, C.D. Tetougueni, C. Pellegrino, Nonlinear seismic analysis of masonry bridges under multiple geometric and material considerations: Application to an existing seven-span arch bridge, Structures, 34 (2021) 78-94.
[11] A. Dell'Endice, A. Iannuzzo, M.J. DeJong, T. Van Mele, P. Block, Modelling imperfections in unreinforced masonry structures: Discrete Element simulations and scale model experiments of a pavilion vault, Engineering Structures, 228 (2021) 111499.
[12] M. Hejazi, R. Sadeghi, Effect of Brick Arrangement on Structural Behaviour of Persian Brick Masonry Barrel Vaults by Micro-Modelling, Engineering Failure Analysis,  (2022) 106033.
[13] P. Mahmoudi, P. Asadi, M.R. Eftekhar, The effect of geometric dimensions on the lateral bearing capacity of the masonry arches, in:  Structures, Elsevier, 2022, pp. 1350-1365.
[14] F. Roselli, M. Alforno, F. Venuti, A.M. Bertetto, Experimental Investigation of the Effect of Brick Pattern on the Structural Response of Masonry Arches and Barrel Vaults, Available at SSRN 4261578.
[15] Basic Analysis Guide for ANSYS 19, in, SAS IP Inc, New York, 2017.
[16] B.S. Institution, Gypsum binder and gypsum plasters part 2: Test Methods, in, BSI, 2014.
[17] B.S. Institution, Testing concrete Part 121: Method for determination of static modulus of elasticity in compression, in, BSI, 1983.
[18] S.M. Moayedian, M. Hejazi, Stress-strain relationships for scaled gypsum mortar and cement mortar brick masonry, Journal of Building Engineering, 33 (2021) 101861.
[19] BSI, BS EN 1052-2: 1999. Methods of test for masonry–Part 2: Determination of flexural strength, in, BSI London, UK, 1999.
[20] B. EN, 1052-1: Methods of test for masonry, Part 1: Determination of compressive strength, European Committee for Standardization: Bruxelles, Belgium,  (1998).
[21] H. Zomarshidi, Vault and Arch in Iranian Architecture, Keihan, Iran, 1988. (in Persian)
[22] K.J. Willam, Constitutive model for the triaxial behaviour of concrete, Proc. Intl. Assoc. Bridge Structl. Engrs, 19 (1975) 1-30.
[23] W. Chen, D. Han, Yield and failure criteria, in:  Plasticity for Structural Engineers, Springer, 1988, pp. 46-116.
[24] M. Betti, M. Orlando, A. Vignoli, Static behaviour of an Italian Medieval Castle: Damage assessment by numerical modelling, Computers & structures, 89(21-22) (2011) 1956-1970.
[25] P. Pineda, M. D Robador, M. A Gil-Marti, Seismic damage propagation prediction in ancient masonry structures: an application in the non-linear range via numerical models, The Open Construction and Building Technology Journal, 5(1) (2011).
[26] M. Hejazi, S. Baranizadeh, M. Daei, Performance of Persian brick masonry single-shell domes subjected to uniform pressure and concentrated load, in:  Structures, Elsevier, 2021, pp. 1710-1719.
نشریه مهندسی عمران امیرکبیر
دوره 55، شماره 4
تیر 1402
صفحه 911-926

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار