Estimating the ultimate limit state of masonry structures from component‑level criteria

• Autorzy: Myszor Mariusz , Szabowicz Hubert , Kawa Marek

Identyfikatory

DOI

10.15199/33.2025.09.15

Warianty tytułu

PL

Określanie warunku zniszczenia muru na podstawie granicznych właściwości materiałów składowych

• Języki publikacji: EN PL

Abstrakty

EN

The article presents the application of Finite Element Limit Analysis (FELA) for assessing the strength of masonry structures. The limit state is determined using both upper and lower bound estimates. The analyses are restricted to a two‑dimensional plane stress problem. The results are presented as limit surfaces corresponding to various orientations of the principal stress axes relative to the masonry material directions. The study shows that the proposed approach to the macroscopic formulation of a masonry strength criterion is computationally efficient compared to conventional Finite Element Method (FEM) simulations. Moreover, it can be effectively employed for defining failure criteria in other classes of composite materials.

PL

W artykule zaprezentowano wykorzystanie analizy granicznej z dyskretyzacją elementami skończonymi do wyznaczania wytrzymałości konstrukcji murowej. Stan graniczny określono w postaci oszacowań: górnego i dolnego. Analizy ograniczono do zadania 2D w płaskim stanie naprężenia. Wyniki zostały zaprezentowane w postaci powierzchni granicznych w przypadku różnych kątów odchylenia osi naprężeń głównych od kierunków materiałowych muru. Wykazano, że zaproponowane podejście do sformułowania makroskopowego kryterium wytrzymałości muru jest efektywne obliczeniowo w porównaniu z analizą metodą elementów skończonych (MES) i może być z powodzeniem stosowane do tego celu.

Słowa kluczowe

EN

limit analysis; strength homogenization; masonry; masonry structure; composite; periodic cell; FELA method

PL

analiza graniczna; homogenizacja wytrzymałości; mur; konstrukcja murowa; kompozyt; komórka periodyczności; metoda FELA

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Materiały Budowlane
• Rocznik: 2025
• Tom: nr 9
• Strony: 115--121
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., il.

Twórcy

autor

Myszor Mariusz

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

• https://orcid.org/0009-0005-3968-941X

autor

Szabowicz Hubert

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

• https://orcid.org/0000-0002-7551-3770

autor

Kawa Marek

• Politechnika Wrocławska, Wydział Budownictwa Lądowego i Wodnego

• https://orcid.org/0000-0001-5033-9959

Bibliografia

• [1] Shieh‑Beygi B., Pietruszczak S. Numerical analysis of structural masonry: mesoscale approach. Computers & Structures. 2008;86 (21-22): 1958-1973. https://doi.org/10.1016/j.compstruc.2008.05.007
• [2] Ma G., Hao H., Lu Y. Homogenization of masonry using numerical simulations. Journal of Engineering Mechanics. 2001;127 (5): 421-431; https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9399(2001)127:5(421)
• [3] Andreaus U. Failure criteria for masonry panels under in‑plane loading. Journal of Structural Engineering. 1996;122 (1): 37-46; https://doi.org/10.1061/(ASCE)0733-9445(1996)122:1(37)
• [4] Syrmakezis C.A., Asteris P.G. Masonry failure criterion under biaxial stress state. Journal of Materials in Civil Engineering. 2001;13 (1): 58-64; https://doi.org/10.1061/(ASCE)0899-1561(2001)13:1(58)
• [5] Kawa M. Failure criterion for brick masonry: A micro‑mechanics approach. Studia Geotechnica et Mechanica. 2014;36 (3): 37-48; https://doi.org/10.2478/sgem‑2014-0025
• [6] Anthoine A. Derivation of the in‑plane elastic characteristics of masonry through homogenization theory. International Journal of Solids and Structures. 1995;32 (2): 137-163; https://doi.org/10.1016/0020-7683(94)00140‑R
• [7] Verruijt A. Soil Mechanics. 2001.
• [8] Lyamin A.V., Sloan S.W. Lower bound limit analysis using non‑linear programming. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2002;55 (5): 573-611. https://doi.org/10.1002/nme.511
• [9] Makrodimopoulos A., Martin C.M. Upper bound limit analysis using discontinuous quadratic displacement fields. Communications in Numerical Methods in Engineering. 2008;24 (11): 911-927. https://doi.org/10.1002/cnm.998
• [10] Ciria Suárez H. Computation of upper and lower bounds in limit analysis using second‑order cone programming and mesh adaptivity [doctoral dissertation]. Cambridge (MA): Massachusetts Institute of Technology; 2004.
• [11] Krabbenhoft K., Lyamin A.V., Hjiaj M., Sloan S.W. A new discontinuous upper bound limit analysis formulation. International Journal for Numerical Methods in Engineering. 2005;63 (7): 1069-1088. https://doi.org/10.1002/nme.1314
• [12] Szabowicz H., Kawa M., Puła W. Efficient and conservative estimation reliability analysis of strip footing on spatially variable c‑ϕ soil using random finite element limit analysis. Studia Geotechnica et Mechanica. 2025;1:19. https://doi.org/10.2478/sgem‑2025-0002
• [13] Krabbenhøft K., Lyamin A.V., Sloan S.W. Formulation and solution of some plasticity problems as conic programs. International Journal of Solids and Structures. 2007;44 (5): 1533-1549. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2006.06.036