Experimental behavior of brick masonry arches and analyses by computer models

Abstract

The purpose of this study is to compare the numerical analyses and model test results of three brick arches having different geometries by considering the difficulties associated with the numerical modeling of masonry structures. Discontinuities present between the blocks have a very low tensile strength and are very vulnerable to shear forces generated between blocks under loading. Because of this reason, mechanical behavior of masonry structures is effected from the shear strength of discontinuities generated on the mortar and block contacts. In the model tests circular, basket handle and sharp point arches having 85 cm openings were loaded above the opening. During tests load is increased and corresponding displacements were recorded together with the applied load. According to test results circular arch, basket handle arch and sharp point arch carried 18, 22 and 21 ton- force load, respectively. Applicability of the numerical methods such as finite element and finite differences based on continuum assumption is limited because of the discontinuous nature of the masonry structure. In this study equivalent parameters of the masonry arches were determined by calibration of finite difference model results with experimental deformations. However discrete element analyses yielded more realistic deformation pattern than Flac3D finite difference analyses.

Özet

Bu çalışmanın amacı değişik geometrilere sahip model tuğla kemerlerin deney sonuçları ile sayısal analiz sonuçlarını yığma yapıların sayısal analizlerindeki güçlükleri de gözönüne alarak karşılaştırmaktır. Blokların arasında bulunan süreksizliklerin çekme dayanımları oldukça düşüktür ve oluşan kayma gerilimlerinden etkilenirler. Bu nedenle yığma yapıların mekanik davranışları süreksizliklerin özelliklerinden etkilenmektedir. Model deneylerde 85 cm açıklığa sahip, dairesel, sepet kulpu ve sivri kemerler açıklıkları boyunca yüklenmişlerdir. Deneyler sırasında kemer üzerindeki yük artıtılmış ve kemerde oluşan deplasmanlar ile birlikte kaydedilmiştir. Deney sonuçlarına göre dairesel kemer 18 ton, sepet kulpu kemer 22 ton, sivri kemer ise 21 ton maksimum yük taşımıştır. Sürekli ortam varsayımına dayanan sonlu elemanlar ve sonlu farklar yöntemlerinin yığma yapı analizlerinde kullanılabilirlikleri bu tür yapıların süreksiz yapısı dolayısıyla sınırlıdır. Bu çalışmada yığma kemerlerin eşdeğer sürekli ortam parametreleri deneysel çalışmada elde edilen deformasyonlar ile sonlu farklar yöntemi sonuçları kalibre edilerek elde edilmiştir, ancak ayrık elemanlar yöntemi sonuçlarının, sonlu farklar sonuçlarından daha gerçekçi olduğu belirlenmiştir.