Laboratory testing as a base for numerical modelling of the high-strength hexagonal wire mesh

• Autorzy: Grodecki Michał , Nowak Krzysztof

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2023.146086

Warianty tytułu

PL

Badania laboratoryjne jako podstawa modelowania numerycznego sześciokątnej siatki splatanej wysokiej wytrzymałości

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This paper presents the results of laboratory testing and Finite Element Method (FEM) modelling of high-strength double-twisted steel hexagonal wire mesh used for constructing gabion cages, slope protection systems, rockfall protection barriers. Gabion cages, filled with soil (usually rock particles) are commonly used in civil engineering (for example, in order to form a retaining wall). Static tensile tests of single wire and double-twisted wire were performed. The stiffness and ultimate tensile strength were examined. Special attention was paid to the double-twist behaviour. The unloading tests were also performed and the range of elastic deformation of both single wire and double-twisted wire were determined. The obtained laboratory results (stress-strain relationships for single wire and double-twisted wire) were included in a numerical model of the repeatable cell of mesh (truss model). The simulation in both directions, parallel and perpendicular to the double twist, was performed. On the basis of the obtained load-strain relationship, an anisotropic membrane model for mesh was proposed and calibrated. The obtained value of tensile strength of the mesh (266 kN/m) is much higher than for other meshes known form literature (30-60 kN/m).

PL

Artykuł przedstawia wyniki badań laboratoryjnych i symulacji numerycznych (wykonanych z wykorzystaniem Metody Elementów Skończonych MES) sześciokątnej stalowej siatki splatanej wysokiej wytrzymałości, wykorzystywanej do budowy koszy gabionowych, zabezpieczania skarp oraz konstrukcji zabezpieczeń przed spadającymi odłamkami skał. Kosze gabionowe, wypełnione przez grunt (najczęściej okruchy skały) są powszechnie wykorzystywane w budownictwie (np. do konstrukcji murów oporowych). Zostały wykonane testy statycznego rozciągania pojedynczego drutu i podwójnego splotu, badano sztywność i wytrzymałość testowanego materiału. Specjalną uwagę zwrócono na zachowanie się podwójnego splotu. Wykonano również testy odciążeniowe, określono zakres sprężystej pracy pojedynczego drutu i podwójnego splotu. Uzyskane zależności naprężenie - odkształcenie wykorzystano do zbudowania modelu numerycznego powtarzalnej komórki siatki (model kratownicowy). Wykonano symulacje rozciągania w kierunku wzdłuż i w poprzek podwójnego splotu. Na podstawie uzyskanych zależności obciążenie - odkształcenie wykalibrowano model membrany anizotropowej. Uzyskana wytrzymałość siatki (266 kN/m) jest znacznie większa niż siatek znanych z literatury (30-60 kN/m).

Słowa kluczowe

EN

double-twisted mesh; finite element method; FEM; gabion; numerical modelling

PL

gabion; metoda elementów skończonych; MES; modelowanie numeryczne; siatka splatana

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2023
• Tom: Vol. 69, nr 3
• Strony: 371--384
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Grodecki Michał

• Cracow University of Technology, Civil Engineering Department, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0003-1554-0555

autor

Nowak Krzysztof

• Cracow University of Technology, Civil Engineering Department, Cracow, Poland

• https://orcid.org/0000-0001-8892-3050

Bibliografia

• [1] D. Bertrand, F. Nicot, P. Gotteland, and S. Lambert, “Discrete element method (DEM) numerical modeling of double-twisted hexagonal mesh”, Canadian Geotechnical Journal, vol. 45, no. 8, pp. 1104-1117, 2008, doi: 10.1139/T08-036.
• [2] R. Agostini, L. Cesario, A. Conte, M. Masetti, and A. Papetti, Flexible Gabion Structures In Earth Retaining Walls. Bolonia, Italy: Officine Maccaferri, Bolonia, 1987.
• [3] K. Thoeni, C. Lambert, A. Giacomini, and S.W. Sloan, “Discrete modelling of hexagonal wire meshes with a stochastically distorted contact model”, Computers and Geotechnics, vol. 49, pp. 158-169, 2013, doi: 10.1016/j.compgeo.2012.10.014.
• [4] G. Yang, X. Huang, and Y. Lin, “Test study on engineering properties of gabion structures”, in: Proceedings of International Symposium on Geoenvironmental Engineering ISGE2009, Hangzhou, China, 2009. Springer, 2010, pp. 805-811, doi: 10.1007/978-3-642-04460-1_101.
• [5] F. Nicot, P. Gotteland, D. Bertrand, and S. Lambert, “Multiscale approach to geo-composite cellular structures subjected to rock impacts”, International Journal For Numerical And Analytical Methods In Geomechanics, vol. 31, pp. 1477-1515, 2007, doi: 10.1002/nag.604.
• [6] D. Bertrand, F. Nicot, P. Gotteland, and S. Lambert, “Modelling a geo-composite cell using discrete analysis”, Computers and Geotechnics, vol. 32, no. 8, pp. 564-577, 2005, doi: 10.1016/j.compgeo.2005.11.004.
• [7] J. Lu and P. Papadopoulos, “A covariant formulation of anisotropic finite plasticity: theoretical developments”, Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, vol. 193, no. 48-51, pp. 5339-5358, 2004, doi: 10.1016/j.cma.2004.01.040.
• [8] P. Perzyna, “The thermodynamical theory of elasto-viscoplasticity accounting for microshear banding and induced anisotropy effects”, Mechanics, vol. 27, no. 1, pp. 25-42, 2008.
• [9] P.W. Sielicki, W. Sumelka, and T. Łodygowski, “Close range explosive loading on steel column in the framework of anisotropic viscoplasticity”, Metals, vol. 9, no. 4, 2019, doi: 10.3390/met9040454.
• [10] G.Z. Voyiadjis, R.K. Abu Al-Rub, and A.N. Palazotto, “Non-local coupling of viscoplasticity and anisotropic viscodamage for impact problems using the gradient theory”, Archives of Mechanics, vol. 55, no. 1, pp. 39-89, 2003.
• [11] C. Teerawattanasuk, D. Bergado, and W. Kongkitkul, “Analytical and numerical modeling of pullout capacity and interaction between hexagonal wire mesh and silty sand backfill under an in-soil pullout test”, Canadian Geotechnical Journal, vol. 40, no. 5, pp. 886-899, 2003, doi: 10.1139/t03-038.
• [12] L. Der-Guey, H. Bor-Shun, and L. Shin-Hwei, “Deformation analyses of gabion structures”, presented at Interpraevent 2010 International Symposium in Pacific Rim, Taipei, Taiwan, 2010.
• [13] P. K. Jayasree, Performance of gabion faced reinforced earth retaining walls. PhD Dissertation, Cochin University of Science and Technology, 2008
• [14] M. Grodecki, “Numerical modelling of gabion retaining wall under loading and unloading”, Archives of Civil Engineering, vol. 67, no. 2, pp. 155-164, 2021, doi: 10.24425/ace.2021.137160.
• [15] A. Ayyub, B. Alshameri, S.M. Jamil, and M.N. Nawaz, “Analysis of gabion retaining wall using analytical and numerical modelling with Plaxis 2D”, University of Wah Journal of Science and Technology, vol. 5, pp. 12-19, 2021.
• [16] A. Pol, F. Gabrieli, and L. Brezzi, “Discrete element analysis of the punching behaviour of a secureddrapery system: from laboratory characterization to idealized in situ conditions”, Acta Geotechnica, vol. 16, pp. 2553-2573, 2021, doi: 10.1007/s11440-020-01119-z.
• [17] A. Pol and F. Gabrieli, “Discrete element simulation of wire-mesh retaining systems: An insight intothe mechanical behaviour”, Computers and Geotechnics, vol. 134, pp. 1-17, 2021, doi: 10.1016/j.comp geo.2021.104076.
• [18] M. Grodecki, “Finite element modelling of the hexagonal wire mesh”, Archives of Civil Engineering, vol. 66, no. 3, pp. 705-720, 2020, doi: 10.24425/ace.2020.134422.
• [19] S. Śpiewak, “The modeling and strength analyzing of gabion grids”, Górnictwo Odkrywkowe, no. 4-5, pp. 177-182, 2014 (in Polish).
• [20] P. Litewka, Finite element analysis of beam-to-beam contact. Berlin, Heidelberg: Springer, 2010, doi: 10.1007/978-3-642-12940-7.
• [21] Operating Instructions for UTS Universal Testing Machine with Standard Measuring and Control Unit and PC-Connection and Software V4.08, UTS Testsysteme GmbH, Ulm, Germany, 2000.
• [22] Instruction manual for materials testing machine BZ1-MM100M1.UT03, Zwick GmbH &Co. KG Ulm, Germany, 2012.
• [23] PN-EN ISO 6892-1 Metallic materials - Tensile testing - Part 1: Method of test at room temperature.
• [24] S. Commend, S. Kivell, R.F. Obrzud, K. Podleś, A. Truty, and T. Zimmermann, Computational Geomechanics & applicatons with ZSOIL.PC. Lausanne, Switzerland: Rossolis Editions, 2022.