Failure analysis of multi-span masonry arch bridges using combination of point cloud data and three-dimensional numerical modeling

Amin Bagherzadeh Azar; Ali Sari

doi:10.7409/rabdim.024.014

Opublikowane: 2024-10-03

Tom 23 Nr 3 (2024)

Analiza mechanizmów zniszczenia wieloprzęsłowych murowanych mostów łukowych z zastosowaniem chmury danych i modelowania numerycznego 3D

Amin Bagherzadeh Azar

, Ali Sari

Dział: Artykuły

https://doi.org/10.7409/rabdim.024.014

Abstrakt

Zabytkowe konstrukcje, w tym historyczne mosty, stanowią dokument istnienia dawnych cywilizacji i są ważnym elementem dziedzictwa kulturowego. Należyta ochrona takich obiektów wymaga przygotowania ich dokumentacji fotogrametrycznej w 3D, określenia szczegółowych właściwości geometrycznych i materiałowych oraz przeprowadzenia analiz konstrukcyjnych z zastosowaniem odpowiednich technik modelowania. Celem pracy jest przedstawienie skutecznej, niezawodnej i szybkiej metody analizy historycznych mostów murowanych. Podejście to zostało zilustrowane na przykładzie zabytkowego murowanego mostu łukowego Halilviran i jego zachowania pod potencjalnymi obciążeniami. Do określenia geometrii mostu z wysoką dokładnością wykorzystano technikę naziemnego skaningu laserowego (TLS). Dane zostały zgromadzone w chmurze i na tej podstawie stworzono trójwymiarowy model mostu, wykorzystując oprogramowanie CAD. Przedstawiona analiza stanowi weryfikację możliwości wykorzystania technologii skaningu laserowego do inwentaryzacji podobnych obiektów historycznych. Dodatkową korzyścią przedstawionej metody jest jej wykorzystanie w odniesieniu do innych elementów infrastruktury transportowej, jak również wykorzystanie zastosowanych metod numerycznych do oceny zachowania i ewentualnych mechanizmów zniszczenia mostu pod wpływem oddziaływań sejsmicznych. Właściwości sejsmiczne mostu zostały zbadane techniką modelowania w skali makro z zastosowaniem metody elementów skończonych. Następnie przeprowadzono nieliniowe analizy dynamiczne celem wskazania najbardziej narażonych obszarów mostu. Wyniki, przedstawione jako wykresy konturowe obrazujące naprężenia i maksymalne przemieszczenia, pozwalają na kompleksową analizę odpowiedzi całego obiektu na wpływy sejsmiczne. Przedstawiona metodyka może być postrzegana jako wszechstronny zestaw narzędzi do oceny odpowiedzi i ewentualnych mechanizmów zniszczenia historycznych obiektów pod wpływem oddziaływań sejsmicznych.

Słowa kluczowe:

model MES, most łukowy murowany, nieliniowa analiza dynamiczna, oddziaływania sejsmiczne, przemieszczenia poprzeczne (poza płaszczyzną), ściana czołowa

Podobne artykuły

Henryk Zobel, Artur Zbiciak, Radosław Oleszek, Rafał Michalczyk, Przemysław Mossakowski, Numeryczna identyfikacja cech dynamicznych stalowo-betonowego mostu kolejowego , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 3 (2014)
Piotr Woyciechowski, Paweł Łukowski, Grzegorz Adamczewski, Szok termiczny jako przyczyna zarysowań betonu w elementach podpór masywnych obiektów mostowych - studium przypadku , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 19 Nr 4 (2020)
Jarosław Bęc, Tomasz Lipecki, Andrzej Flaga, Grzegorz Bosak, Badania modelowe i numeryczna analiza aerodynamiczna mostu łukowego dla pieszych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 12 Nr 4 (2013)
Mateusz Rajchel, Tomasz Siwowski, Rozdział poprzeczny obciążeń ruchomych w belkowo-płytowym moście drogowym z dźwigarami kompozytowymi FRP , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 16 Nr 2 (2017)
Damian Bęben, Adam Jan Stryczek, Analiza numeryczna mostu gruntowo-powłokowego z żelbetową płytą odciążającą , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 1 (2014)
Roman Nagórski, Paweł Tutka, Magdalena Złotowska, Dobór obszaru i warunków brzegowych modelu nawierzchni drogowej podatnej w analizie metodą elementów skończonych , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 16 Nr 4 (2017)
Czesław Machelski, Parametry rozdziału poprzecznego obciążeń w mostach , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 13 Nr 2 (2014)
Ehsan Dehghani, Maryam Najafi Zadeh, Azam Nabizadeh, Ocena zachowania sejsmicznego mostów kolejowych z uwzględnieniem oddziaływania pomiędzy torem i mostem , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 18 Nr 1 (2019)
Piotr Olaszek, Artur Sakowski, Ewa Twardosz, Paweł Nurek, Badania oddziaływań dynamicznych pociągów na ekrany przeciwhałasowe , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 19 Nr 4 (2020)
Monika Podwórna, Marian Klasztorny, Wpływ cech pojazdów szynowych na odpowiedź dynamiczną mostu belkowego , Roads and Bridges - Drogi i Mosty: Tom 10 Nr 3 (2011)

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 > >>

Możesz również Rozpocznij zaawansowane wyszukiwanie podobieństw dla tego artykułu.

Pobierz pliki

PDF

Zasady cytowania

Bagherzadeh Azar, A., & Sari, A. (2024). Analiza mechanizmów zniszczenia wieloprzęsłowych murowanych mostów łukowych z zastosowaniem chmury danych i modelowania numerycznego 3D. Roads and Bridges - Drogi I Mosty, 23(3), 283–309. https://doi.org/10.7409/rabdim.024.014

Cited by / Share

Licencja

Utwór dostępny jest na licencji Creative Commons Uznanie autorstwa 4.0 Międzynarodowe.

Bibliografia

Małyszko L., Jemioło S., Gajewski M.D., Bilko P.: FEM and Constitutive Modelling in Failure Analyses of Masonry Structures. Orthotropic Fail. Criteria. WTA-Schriftenreihe, 33, 2009, 371-394
Google Scholar

Armstrong D.M., Sibbald A., Fairfield C.A., Forde M.C.: Modal Analysis for Masonry Arch Bridge Spandrell Wall Separation Identification. NDT & E International, 28, 6, 1995, 377-386
Google Scholar

Melbourne C., Tomor A.K., Wang J.: Cyclic load capacity and endurance limit of multi-ring masonry arches. Proceedings of Arch Bridge IV “Advances in Assessment, Structural design and construction”. CIMNE, Barcelona, 2004, 375-384
Google Scholar

Royles R., Hendry A.W.: Model tests on masonry arches. Proceedings of the Institution of Civil Engineers. Part 2: Research and Theory, 1991, 91, 299-321, DOI: 10.1680/iicep.1991.14997
Google Scholar

Begimgil M.: Behaviour of Restrained 1.25 m Span Model Masonry Arch Bridge. In: Melbourne C. (ed.), First International Conference on Arch Bridges, Thomas Telford, Bolton, UK, 1995, 321-325
Google Scholar

Fanning P.J., Boothby T.E.: Three-dimensional modelling and full-scale testing of stone arch bridges. [online]. Computers & Structures, 79, 29-30, 2001, 2645-2662, DOI: 10.1016/S0045-7949(01)00109-2
Google Scholar

Fanning P.J., Sobczak L., Boothby T.E., Salomoni V.: Load testing and model simulations for a stone arch bridge. Bridge Structures Assessment Design and Construction, 1, 4, 2005, 367-378, DOI: 10.1080/15732480500453532
Google Scholar

Brencich A., Lątka D., Matysek P., Orban Z., Sterpi E.: Compressive strength of solid clay brickwork of masonry bridges: Estimate through Schmidt Hammer tests. Construction and Building Materials, 306, 2021, 124494, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.124494
Google Scholar

Valente M., Milani G.: Earthquake-induced damage assessment and partial failure mechanisms of an Italian Medieval castle. Engineering Failure Analysis, 99, 2019, 292-309, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2019.02.008
Google Scholar

Sevim B., Bayraktar A., Altunişik A.C., Atamtürktür S., Birinci F.: Finite element model calibration effects on the earthquake response of masonry arch bridges. Finite Elements in Analysis and Design, 47, 7, 2011, 621-634, DOI: 10.1016/j.finel.2010.12.011
Google Scholar

Pelà L., Aprile A., Benedetti A.: Comparison of seismic assessment procedures for masonry arch bridges. Construction and Building Materials, 38, 2013, 381-394, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2012.08.046
Google Scholar

Yilmaz E.G., Sayin E., Özmen A.: Dynamic analysis of historical masonry arch bridges under different earthquakes: The case of Murat Bey Bridge. Turkish Journal of Science and Technology, 17, 2, 2022, 461-473, DOI: 10.55525/tjst.1105998
Google Scholar

Azar A.B., Sari A.: Historical arch bridges-deterioration and restoration techniques. Civil Engineering Journal (Iran), 9, 7, 2023, 1680-1696, DOI: 10.28991/CEJ-2023-09-07-010
Google Scholar

Kowalewski Ł., Gajewski M.: Cohesive element approach for determination of masonry panels limit states. Chapter XI in monograph Theoretical Foundations of Civil Engineering, VII, Structural Mechanics, Eds. S. Jemioło & M. Gajewski, Warsaw, 2016, 133-146
Google Scholar

Zampieri P., Zanini M.A., Faleschini F., Hofer L., Pellegrino C.: Failure analysis of masonry arch bridges subject to local pier scour. Engineering Failure Analysis, 79, 2017, 371-384, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2017.05.028
Google Scholar

Azar A.B., Sari A.: Structural failure of masonry arch bridges subjected to seismic action. Civil Engineering Infrastructures Journal (Iran), 2024, 1-28, available online, DOI: 10.22059/CEIJ.2024.366834.1975
Google Scholar

Hokelekli E., Yilmaz B.N.: Effect of cohesive contact of backfill with arch and spandrel walls of a historical masonry arch bridge on seismic response. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 63, 3, 2019, 926-937, DOI: 10.3311/PPci.14198
Google Scholar

Özmen A., Sayın E.: Seismic response of a historical masonry bridge under near and far-fault ground motions. Periodica Polytechnica Civil Engineering, 65, 3, 2021, 946-958, DOI: 10.3311/PPci.17832
Google Scholar

Zhao C., Xiong Y., Zhong X., Shi Z., Yang S.: A two-phase modeling strategy for analyzing the failure process of masonry arches. Engineering Structures, 212, 2020, 110525, DOI: 10.1016/j.engstruct.2020.110525
Google Scholar

Bayraktar A., Hökelekli E.: Nonlinear soil deformability effects on the seismic damage mechanisms of brick and stone masonry arch bridges. International Journal of Damage Mechanics, 30, 3, 2021, 431-452, DOI: 10.1177/105678952097442
Google Scholar

Scozzese F., Ragni L., Tubaldi E., Gara F.: Modal properties variation and collapse assessment of masonry arch bridges under scour action. Engineering Structures, 199, 2019, 109665, DOI: 10.1016/j.engstruct.2019.109665
Google Scholar

Pulatsu B., Erdogmus E., Lourenço P.B.: Comparison of In-Plane and Out-of-Plane Failure Modes of Masonry Arch Bridges Using Discontinuum Analysis. Engineering Structures, 178, 2019, 24-36, DOI: 10.1016/j.engstruct.2018.10.016
Google Scholar

Franck S.A., Bretschneider N., Slowik V.: safety analysis of existing masonry arch bridges by nonlinear finite element simulations. International Journal of Damage Mechanics, 29, 1, 2020, 126-143, DOI: 10.1177/1056789519865995
Google Scholar

Azar A.B., Sari A.: Seismic assessment of historical bridge: Numerical modeling and structural evaluation. American Journal of Civil Engineering and Architecture, 11, 4, 2023, 127-135, https://www.sciepub.com/ajcea/abstract/15681, 09.09.2024
Google Scholar

Han Y., Chun Q., Gao X.: Flood-induced forces and collapse mechanism of historical multi-span masonry arch bridges: The Putang bridge case. Engineering Failure Analysis, 153, 2023, 107564, DOI: 10.1016/j.engfailanal.2023.107564
Google Scholar

Wang Z., Yang J., Zhou J., Yan K., Zhang Z., Zou Y.: Strengthening of existing stone arch bridges using UHPC: Theoretical analysis and case study. Structures, 43, 2022, 805-821, DOI: 10.1016/j.istruc.2022.06.055
Google Scholar

Gönen S., Soyöz S.: Reliability-based seismic performance of masonry arch bridges. Structure and Infrastructure Engineering, 18, 12, 2022, 1658-1673, DOI: 10.1080/15732479.2021.1918726
Google Scholar

Zizi M., Chisari C., De Matteis G.: Effect of the backfill material in the seismic response of multi-span masonry arch bridges under seismic loading. Procedia Structural Integrity, 44, 2023, 673-680, DOI: 10.1016/j.prostr.2023.01.088
Google Scholar

Pantò B., Grosman S., Macorini L., Izzuddin B.A.: A macro-modelling continuum approach with embedded discontinuities for the assessment of masonry arch bridges under earthquake loading. Engineering Structures, 269, 2022, 114722, DOI: 10.1016/j.engstruct.2022.114722
Google Scholar

Silva R., Costa C., Arêde A.: Numerical methodologies for the analysis of stone arch bridges with damage under railway loading. Structures, 39, 2022, 573-592, DOI: 10.1016/j.istruc.2022.03.063
Google Scholar

Kocaman İ., Yılmaz M., Tosunoğlu F., Kazaz İ.: The behavior of the historical Çobandede bridge under flood load. Journal of Structural Engineering & Applied Mechanics, 5, 4, 2022, 249-263, DOI: 10.31462/jseam.2022.04249263
Google Scholar

Silva R., Costa C., Arêde A., Ribeiro D.: Numerical simulations of experimental material testing in stone masonry arch railway bridge. Structure and Infrastructure Engineering, 20, 5, 2024, 633-652, DOI: 10.1080/15732479.2022.2119585
Google Scholar

Dong Z.Q., Li G., Song B., Lu G.H., Li H.N.: Failure risk assessment method of masonry structures under earthquakes and flood scouring. Mechanics of Advanced Materials and Structures, 29, 21, 2022, 3055-3066, DOI: 10.1080/15376494.2021.1884322
Google Scholar

Dorji J., Zahra T., Thambiratnam D., Lee D.: Strength assessment of old masonry arch bridges through moderate destructive testing methods. Construction and Building Materials, 278, 2021, 122391, DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2021.122391
Google Scholar

Saygılı Ö., Lemos J.V.: Seismic vulnerability assessment of masonry arch bridges. Structures, 33, 2021, 3311-3323, DOI: 10.1016/j.istruc.2021.06.057
Google Scholar

Amin Bagherzadeh Azar

azar19@itu.edu.tr
https://orcid.org/0000-0003-3962-7129

Afiliacja:

Istanbul Technical University, Institute of Earthquake Engineering and Disaster Management, 34469, Maslak, Istanbul Turcja

Ali Sari

https://orcid.org/0000-0002-6888-1276

Afiliacja:

Istanbul Technical University, Faculty of Civil Engineering, 34469, Maslak, Istanbul Turcja

Analiza mechanizmów zniszczenia wieloprzęsłowych murowanych mostów łukowych z zastosowaniem chmury danych i modelowania numerycznego 3D

Abstrakt

Słowa kluczowe:

Podobne artykuły

Pobrania

Amin Bagherzadeh Azar

Ali Sari