Berepedt falazott boltozatok diszkrét elemes mechanikai vizsgálata (Discrete element analysis of the mechanics of cracked masonry vaults)

Nyilvántartási szám: 
13/10
Témavezető neve: 
Témavezető e-mail címe:
bagi.katalin@emk.bme.hu
A témavezető teljes publikációs listája az MTMT-ben:
A téma rövid leírása, a kidolgozandó feladat részletezése: 

A kutatómunka célja olyan - különálló blokkokból felépülő - szerkezetek mechanikai viselkedésének vizsgálata, amelyeknek teherbírását alapvetően meghatározza felépítésük diszkrét jellege. Ilyen szerkezetek pl. a falazott boltozatok és kupolák. Ezek tönkremenetele gyakran vezethető vissza valamilyen lokális jelenségre, pl. egyetlen elem megcsúszására a többihez képest, egy-egy elem önálló tönkremenetelére, vagy pl. csuklós mechanizmusok kialakulására. Az ilyen jelenségek a hagyományos kontinuum-alapú végeselem-módszerrel nem, vagy csak nagyon nehézkesen modellezhetők, a korszerű diszkrét elemes technikák viszont - anyagjellemző paramétereik megfelelő beállítása esetén - megbízható eszközt szolgáltatnak a vizsgálathoz.

A falazott boltozatok a támasz-elmozdulások hatására gyakran jellegzetes módon megrepedeznek, miközben állékonyságukat a tapasztalatok szerint az esetek egy részében nem veszítik el (gömbkupolák „narancsgerezd”-szerű repedésképe, keresztboltozatok Sabouret-repedései stb.) A kutatómunka célja a gyakoribb repedésképek kialakulási folyamatának megértése diszkrét elemes szimulációk segítségével, erre építve következtetések levonása a repedezett szerkezetek várható további viselkedéséről, majd javaslatok kidolgozása a tönkremenetellel szembeni gazdaságos védekezésre.

A vizsgálatok elvégzéséhez háromdimenziós diszkrét elemes szoftver (3DEC) és szükség esetén klasszikus végeselemes szoftver (ANSYS) áll rendelkezésre.

*********

The aim of the research is to analyse the characteristic crack patterns of masonry domes and vaults. These structures consist of separate masonry blocks, and their discrete built-up strongly influences their mechanical response to static or kinematic loads. The failure of such structures is often related to a localized effect, e.g. crushing or sliding of a single voussoir, or a few cracked joints forming a hinge. Traditional continuum-based methods are inefficient or even unable to describe these phenomena. Discrete element models can overcome this difficulty: after their material parameters are suitably calibrated, they can reliably simulate the mechanical behaviour.

Masonry domes and vaults show characteristic crack patterns in case of support displacements, but they often retain their load bearing ability even if appear significantly cracked (“orange-slice”-like cracks of domes; Sabouret-cracks of cross vaults etc.). The aim of the research is to understand how and why the most important crack patterns are formed, then predict their response for further support displacements; and finally to give suggestions for strengthening against failure.

Demonstrated experience in using a discrete element code with polyhedral elements is indispensable.

3DEC discrete element code and if needed, ANSYS finite element code are available for performing the research.

A téma meghatározó irodalma: 
Fitchen J., 1961. The Construction of Gothic Cathedrals. Clarendon Press, Oxford
Heyman, J., 1967. On shell solutions for masonry domes. International Journal of Solids and Structures 3(2):227-241
Heyman, J., 1995. The Stone Skeleton: Structural Engineering of Masonry Architecture. Cambridge University Press
Lemos, J., 2007. Discrete Element Modeling of Masonry Structures. International Journal of Architectural Heritage, 1:2., pp. 190-213.
Bagi, K. 2013. Fundaments of the Discrete Element Method. Lecture Notes, Department of Structural Mechanics, TU Budapest
A téma hazai és nemzetközi folyóiratai: 
International Journal of Architectural Heritage (IF_2013=0,714)
Computers and Structures (IF_2013=2,178)
Engineering Structures (IF_2013=1,767)
International Journal of Solids and Structures (IF_2013=2,035)
Mechanics Research Communications (IF_2013=1,495)
Journal of Engineering Mechanics (IF_2013=1,173)
Magyar Építőipar
TMS (Transactions of The Masonry Society)
International Journal of Masonry Research and Innovation
Open Construction and Building Technology Journal (open)
A témavezető utóbbi tíz évben megjelent 5 legfontosabb publikációja: 
Bagi, Katalin: On the concept of jammed configurations from a structural mechanics perspective, GRANULAR MATTER 9: (1-2) pp. 109-134. (2007)
Kuhn MR; Bagi K: Specimen Size Effect in Discrete Element Simulations of Granular Assemblies, JOURNAL OF ENGINEERING MECHANICS 135: (6) pp. 485-492. (2009)
Tóth A R; Orbán Z; Bagi K: Discrete element analysis of a stone masonry arch, MECHANICS RESEARCH COMMUNICATIONS 36: pp. 469-480. (2009)
Bagi K: When Heyman’s Safe Theorem of rigid block systems fails: Non-Heymanian collapse modes of masonry structures, INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES 51: (14) pp. 2696-2705. (2014)
Simon J; Bagi K: Discrete element analysis of the minimum thickness of oval masonry domes, INTERNATIONAL JOURNAL OF ARCHITECTURAL HERITAGE (eISSN: 1558-3066) Paper 10.1080/15583058.2014.996921. (2015)
A témavezető fenti folyóiratokban megjelent 5 közleménye: 
Tóth A R; Orbán Z; Bagi K: Discrete element analysis of a stone masonry arch, MECHANICS RESEARCH COMMUNICATIONS 36: pp. 469-480. (2009)
Bagi K: When Heyman’s Safe Theorem of rigid block systems fails: Non-Heymanian collapse modes of masonry structures, INTERNATIONAL JOURNAL OF SOLIDS AND STRUCTURES 51: (14) pp. 2696-2705. (2014)
Simon J; Bagi K: Discrete element analysis of the minimum thickness of oval masonry domes, INTERNATIONAL JOURNAL OF ARCHITECTURAL HERITAGE (eISSN: 1558-3066) Paper 10.1080/15583058.2014.996921. (2015)
Gábor Lengyel; Katalin Bagi: Numerical analysis of the mechanical role of the ribs in groin vaults, COMPUTERS & STRUCTURES 158: (1) pp. 42-60. (2015)
Szakály F; Hortobágyi Zs; Bagi K: Discrete Element Analysis of The Shear Resistance of Planar Walls with Different Bond Patterns, OPEN CONSTRUCTION & BUILDING TECHNOLOGY JOURNAL 10: pp. 190-202. (2016)

A témavezető eddigi doktoranduszai

Chen Shipeng (2018//)
Lengyel Gábor (2013/2016/2018)
Státusz: 
elfogadott