Projekti / Programi
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.00 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| T230 |
Tehnološke vede |
Visoke gradnje |
potresno inženirstvo, potresno odporna gradnja, gradbene konstrukcije, gradbeni materiali, projektiranje konstrukcij, utrjevanje konstrukcij, potresna izolacija, numerično modeliranje, računalniški programi, informacijsko-podprta orodja v potresnem inženirstvu, eksperimentalne metode, verjetnostne metode, potresno tveganje, IT podprto sodelovanje na daljavo, trajnostna gradnja, obnova stavbne dediščine
Raziskovalci (26)
Organizacije (1)
Povzetek
Slovenija leži v aktivnem sredozemskem seizmičnem področju, kjer pogosto prihaja do močnih potresov. Potresi naenkrat povzročijo veliko človeških žrtev in ogromne materialne izgube. Njihove posledice je mogoče preprečiti ali bistveno omiliti le z gradnjo potresno odpornih objektov. Raziskave na področju potresnega inženirstva v naslednjem obdobju bodo posvečene predvsem problemom, ki v svetovnem merilu še niso ustrezno rešeni in ki so istočasno zelo pomembni tudi za uporabo pri nas: razvoj metod za projektiranje konstrukcij z upoštevanjem kontroliranega potresnega odziva, razvoj metod za oceno potresne odpornosti obstoječih objektov, nelinearna analiza konstrukcij, študij obnašanja in utrjevanja obstoječih objektov, vključno s kulturno-zgodovinskimi spomeniki. Delo bo usmerjeno tudi v analizo in zagotavljane potresne odpornosti značilnih armiranobetonskih konstrukcijskih sistemov, ki prevladujejo v Sloveniji (montažne industrijske hale, stavbe z razmeroma tankimi stenami, okviri s polnili in viadukti s škatlastimi stebri). Čeprav zanimivi tudi za številne druge države, so našteti sistemi v svetovnem merilu razmeroma slabo raziskani, kar se odraža tudi v pomanjkljivih postopkih projektiranja in predpisih. Ukvarjali se bomo tudi s potresno odpornostjo lesenih montažnih hiš in okvirov iz mikroarmiranega betona. Kot posebna tehnologija potresne zaščite in še zlasti utrditve obstoječih objektov bo obravnavana potresna izolacija. Poleg tradicionalne pasivne izolacije bo poseben poudarek na razvoju in aplikaciji semi-aktivne izolacije z magnetno-kontroliranimi elastomeri. Raziskave povezane z razvojem novih metod popravila in utrditve armiranobetonskih, zidanih in lesenih konstrukcij z umetnimi kompoziti so namenjene predvsem študiju mehanizmov odziva saniranih konstrukcij na izredne obremenitve in računskemu modeliranju teh odzivov. Na področju varovanja kulturne dediščine razvijamo tako imenovani integralni pristop k ohranjanju stavbne dediščine, kjer povezujemo konstrukcijske ukrepe z ukrepi za izboljšanje mikroklimatskih pogojev v prostorih kulturne dediščine in upočasnitvi procesov propadanja stavbnega tkiva. Glede na načrtovan porast stanovanjske gradnje bomo sodelovali pri razvoju meril tehnične kakovosti stanovanjskih stavb in trajnostne gradnje.
Laboratorijske in terenske preiskave materialov in konstrukcij so osnova za razvoj, vrednotenje in potrditev računskih modelov materialov in konstrukcij, kar še posebej velja na področju potresnega inženirstva. Na področju raziskav materialov so v ospredju modificirani (samozgoščevalni) betoni in malte ter kompoziti sestavljeni iz umetnih mas. Raziskave malt so usmerjene k ponovnem obvladovanju tehnik sestavljanja in vgradnje tradicionalnih apnenih malt, ki so nepogrešljiv material za prenovo stavbne dediščine. Poznavanje lastnosti kompozitov iz umetnih mas je nujno za načrtovanje in izvedbo novih kompozitnih konstrukcijskih sistemov in za popravilo in utrditev obstoječih konstrukcij zgrajenih iz tradicionalnih materialov. Pri preskušanju konstrukcij smo vključeni v več mednarodnih projektov, kjer sodelujemo pri pseudo-dinamičnih testih konstrukcij v merilu 1:1 v laboratoriju EU ELSA in pri preskusih na potresnih mizah velikih evropskih laboratorijev. V laboratoriju FGG načrtujemo teste v zvezi z reševanjem problemov modeliranja odziva spojev med elementi lesenih montažnih konstrukcij in sidranja objektov v temeljno konstrukcijo in problemov priključitvijo konstrukcijskih elementov iz umetnih kompozitov (na pr. “sandwich” konstrukcije) na elemente iz sorodnih materialov in na elemente zgrajene iz tradicionalnih materialov.
Cilj raziskav je pridobiti nova znanja, ki bodo prispevala k večji potresni odpornosti gradbenih objektov in njihove opreme, jih posredovati projektantom in drugim udeležencem v procesu graditve objektov ter s tem prispevati k zmanjšanju števila žrtev in materialne škode ter k zaščiti kulturne dediščine v bodočih potresih. V ta namen bomo izdelali zanesljiv
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalna skupina se je s svojimi rezultati uveljavila v mednarodnem merilu, o čemer pričajo številni citati objavljenih del, uredništvo najuglednejše revije na področju potresnega inženirstva, članstva v uredniških odborih mednarodnih revij in znanstvenih odborih mednarodnih konferenc, vabljena predavanja na mednarodnih konferencah in vabila za gostujoče profesorje na najuglednejših univerzah po svetu. Zaradi formalnega in neformalnega sodelovanja z večino najpomembnejših raziskovalnih centrov po svetu je bil raziskovalni program v veliki meri usklajen z raziskavami po svetu in je obravnaval nekatere najbolj aktualne probleme. Ocenjujemo, da so rezultati raziskav prispevali k svetovni zakladnici znanja na področju potresnega inženirstva in s tem v končni fazi pomagali pri zmanjševanju človeških žrtev in materialne škode zaradi močnih potresov. Poenostavljena nelinearna N2 metoda za potresne analize konstrukcij, razvita v PS, je priznana v svetu in vključena v evropski standard EC8. Novi rezultati, ki smo jih dobili pri raziskavah razširitve uporabnosti te metode na nesimetrične konstrukcije in na armiranobetonske okvire s polnili ter pri uvajanju verjetnostne analize, predstavljajo pomembne dosežke v mednarodnem merilu. V okviru mednarodnih projektov smo sodelovali pri eksperimentih na velikih modelih v vodilnih evropskih in ameriških laboratorijih. Rezultati so omogočili razvoj, izboljšave in kalibriranje numeričnih modelov za opis obnašanja nekaterih značilnih armiranobetonskih (AB) elementov. Novi modeli so omogočili izdelavo študije potresnega tveganja za celo skupino AB montažnih industrijskih hal. Na podlagi eksperimentalnih in numeričnih rezultatov so bile spremenjene nekatere pomembne zahteve v EC8. Pri AB stenah smo s poskusom na potresni mizi v Lisboni potrdili solidno obnašanje stene, projektirane v skladu s slovensko gradbeno prakso, in uspešnost našega računskega modela. Model smo uporabili tudi za vnaprejšnjo napoved potresnega odziva 21m visoke AB stene v naravnem merilu, ki so jo testirali na potresni mizi v San Diego. Med 21 povabljenimi institucijami smo v kategoriji raziskovalnih institucij prejeli 1.nagrado za najboljšo napoved. Posebna odlika uporabljenega učinkovitega modela je relativna enostavnost. Pri določanju upogibne deformacijske kapacitete pravokotnih AB stebrov smo uporabili neparametrični empirični pristop, imenovan CAE metoda. Proučevali smo celoten odnos med obtežbo in zamikom, pa tudi sposobnost stebrov za sipanje histerezne energije in s tem povezano zmanjševanje mejnih zamikov zaradi vpliva kumulativnih poškodb. Dosežki raziskav so pomembni iz dveh vidikov. CAE metodo smo dopolnili tako, da je uporabna pri reševanju različnih problemov v tehniki, kjer je potreben empiričen pristop. Rezultati za upogibne kapacitete stebrov, dobljeni v okviru raziskave, so nujno potrebni pri ocenjevanju potresne odpornosti armiranobetonskih konstrukcij. Laboratorijske raziskave vpliva zunanje, nalepljene jeklene in plastične armature, armirane z ogljikovimi vlakni, na mehanizme porušnega obnašanja AB nosilcev so bile osnova za vrednotenje računskih modelov. Obnašanje nosilcev je bilo računsko simulirano z FE programom, ki temelji na nelinearni lomni mehaniki. Razvili smo dva modela. V prvem je razvoj razpok poenostavljen, v drugem pa je simuliran tak razvoj razpok, kot je dejansko potekal med preskušanjem nosilcev. Oba modela sta pokazala dobro ujemanje z dejanskim obnašanjem nosilcev v celotnem območju njihovega odziva na preizkusno obtežbo do loma. Rezultati dokazujejo, da je možno razmeroma natančno predvidevanje obnašanja AB konstrukcij, ki so utrjene z jeklenimi trakovi ali s trakovi iz armirane plastike. To je zelo pomembno za potresno inženirstvo, saj je takšen način utrjevanja postal zelo popularen pri utrjevanju konstrukcij na potresnih območjih.
Pomen za razvoj Slovenije
Potresna odpornost gradbenih objektov in njihove opreme je izjemnega pomena za varnost prebivalcev Slovenije kot tudi za materialne dobrine in za ohranitev kulturne dediščine. Istočasno z osnovnimi raziskavami smo izvajali tudi aplikativne raziskave, rezultate pa smo v raznih oblikah uspešno prenašali v prakso. Končni rezultat raziskav so metode za projektiranje potresnoodpornih objektov (novih in obstoječih) in opreme in ustrezni računalniški programi, ki projektantom olajšajo uporabo razvitih metod. Pomemben rezultat so tudi določbe v predpisih. N2 metoda, razvita v okviru PS, je sestavni del Evrokoda 8 (EC8), ki se uporablja kot slovenski predpis za projektiranje na potresnih območjih. Predvidevamo, da bodo tudi dopolnitve N2 metode, izdelane v okviru raziskav, v prihodnosti vključene v EC8. Rezultati raziskav prispevajo k znanju, potrebnemu za pripravo priročnika za uporabo EC8. Raziskave na področju armiranobetonskih (AB) konstrukcij so obravnavale konstrukcijske sisteme, v katerih domuje in dela na stotisoče ljudi (stanovanjske in poslovne stavbe z nosilnimi stenami), v katerih poteka večina industrijske proizvodnje (montažne industrijske hale) in ki omogočajo ključne prometne povezave (avtocestni viadukti). Težje poškodbe ali celo porušitve takšnih konstrukcij med potresi bi povzročili katastrofalne posledice. Razviti in eksperimentalno potrjeni numerični modeli in metodologije so omogočili sistematične študije potresnega tveganja celih skupin takšnih stavb v Sloveniji. Zdaj imamo prvič dovolj kvalitetnih informacij, ki omogočajo oceno (ne)primernosti konstrukcijskih detajlov, izboljšanje priprav na potres in razvoj načrtov za zaščito ljudi in dejavnosti pred potresi. Raziskave potresne odpornosti avtocestnih viaduktov so omogočile, da je bila večina teh konstrukcij projektirana v skladu z najnovejšimi spoznanji raziskav v potresnem inženirstvu. Na ta način se bo pri prihodnjih potresih zmanjšala neposredna škoda na konstrukcijah, v veliki meri pa tudi posredna škoda, ki nastane zaradi prekinitev prometnih zvez. Pri viaduktu Ločica smo prvič v Sloveniji uporabili tehnologijo potresne izolacije. Projekt in glavni projektant sta bila nagrajena z najvišjo nagrado za projektantske dosežke, ki jo podeljuje Inženirska zbornica Slovenije. Na podlagi rezultatov raziskav so bili predlagani tudi načini utrditev starih viaduktov v Sloveniji, ki predstavljajo precejšnje potresno tveganje. V okviru evropskega projekta smo razvili, izdelali in testirali prototip inovativnega semi-aktivnega potresnega izolatorja. Naprava bo uporabna pri zaščiti delovanja opreme v stavbah, ki so po potresu posebnega pomena (bolnice, letališki kontrolni stolpi) in stavbah z dragoceno opremo (muzeji). Izboljšana potresna odpornost gradbenih objektov je izjemnega pomena za ohranitev kulturne dediščine. K temu prispeva razvoj učinkovitih metod popravil in utrditve v skladu s sodobnimi konzervatorskimi principi in pravili dobre prakse pri varovanju kulturne dediščine. Član PS R. Žarnić vodi eno izmed sedmih vsebinskih področij evropske gradbene tehnološke platforme (ECTP), to je vsebinsko področje za kulturno dediščino (FACH), obenem pa je tudi ustanovitelj in koordinator Slovenske gradbene tehnološke platforme in njenega raziskovalnega sklada. Kot član najožjega vodstva ECTP je sooblikovalec njenih dokumentov, ki omogočajo usmerjanje raziskovalnega, razvojnega in inovativnega dela v evropskem gradbeništvu. Razpis 7.OP koncem leta 2008 je sledil predlagani dikciji FACH in se je nanašal na protipotresno zaščito nepremične kulturne dediščine. To vsekakor pomaga tudi raziskovalcem iz Slovenije, da se vključijo v projekte 7.OP. Rezultati vseh raziskav v končni fazi prispevajo k povečanju varnosti obstoječih in novih konstrukcij pri potresni obtežbi, izboljšavi razmerja stroškov in učinkov, produktivnosti in kvalitete pri načrtovanju in projektiranju objektov na potresnih območjih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
