Projekti / Programi
01. januar 2004
- 31. december 2008
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.05.00 |
Tehnika |
Mehanika |
|
| 2.01.00 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| T210 |
Tehnološke vede |
Strojništvo, hidravlika, vakuumska tehnologija, vibracije in akustično inženirstvo |
mehanika, konstrukcije, beton, jeklo, les, nelinearnost, materialni modeli, numerične metode, nevronske mreže, statika, dinamika, stabilnost, lom, toplota, vlaga, kompoziti, sovprežne konstrukcije, prednapete konstrukcije, požar, potres, statistika, zanesljivost, sanacije konstrukcij
Raziskovalci (20)
Organizacije (2)
Povzetek
Program Mehanika konstrukcij uvrščamo v polje Mehanika (24). Gre za program, v okviru katerega razvijamo nove teorije, numerične algoritme in računalniške programe za boljše (=uspešnejše) reševanje nekaterih praktičnih inženirskih problemov pri načrtovanju, pripravi dela in izvedbi zgradb. Ti so:
(i) Analiza ravninskih in prostorskih armiranih in prednapetih betonskih okvirjev pri statični in potresni obtežbi ob upoštevanju lokalizacije deformacij zaradi mehčanja betona. Naše dosedanje študije kažejo, da ima pravilno upoštevanje lokalizacije deformacij izreden pomen. Pregled strokovne in znanstvene literature kaže, da je problem, čeprav izredno bistven, saj močno vpliva na rezultate, še slabo rešen. Raziskovalci na primer zelo redko upoštevajo raztezek osi ali geometrijsko nelinearnost hkrati z mehčanjem in lokalizacijo (kar lahko zelo vpliva na rezultate), izpeljani končni elementi pa imajo največkrat težave s konvergenco. V nasprotju z njimi pa končni elementi, ki smo jih razvijali v okviru naših teoretičnih raziskav v preteklih letih, teh problemov nimajo. Nadaljevali bomo z njihovo razširitvijo za uporabo v analizi vpliva potresa na betonske ravninske in prostorske okvirje in za naprednejše dimenzioniranje betonskih konstrukcij v praksi. Nadaljevali bomo z izdelavo računalniških programov za raziskovalne in praktične namene.
(ii) Analiza ravninskih in prostorskih armiranih in prednapetih betonskih okvirjev pri požarni obtežbi ob upoštevanju lokalizacije deformacij zaradi mehčanja betona. Zahteve prakse po računskem preverjanju vpliva požara na konstrukcije so postale skoraj vsakodnevne. Obstoječe metode za preverjanje vpliva požara so na razmeroma nizki stopnji. V preteklih letih je bil razvit računalniški program za račun požarne odpornosti, ki uporablja teoretične osnove iz točke (i). Ta izredno napreden program, ki prav tako upošteva lokalizacijo deformacij zaradi mehčanja betona, ki je zdaj zaradi visokih temperatur še opaznejša, želimo razširiti na prostorske okvirje. Poleg tega želimo določiti odvisnost materialnih parametrov od temperature in napetosti za naše betone in jekla.
(iii) Analiza ravninskih armiranih in prednapetih kompozitnih betonskih okvirjev ob upoštevanju zdrsa med sloji. Kompozitne betonske konstrukcije so postale vsakodnevne (na primer sovprežni nosilci jeklo--beton, dobetoniranje betonskih nosilcev ali stebrov in dolepljanje trakov na nosilce ali stebre zaradi ojačitve ali sanacije). Resne metode računa takih konstrukcij pa so še v nastajanju, kar dokazujejo številne objave v kongresnih zbornikih in v znanstvenih revijah ter nenazadnje tudi inženirska praksa. V preteklih letih je bila v okviru naše skupine izpeljana teorija kompozitnih nosilcev, ki upošteva geometrijsko nelinearnost in materialno nelinearnost materialov in veznega sloja. Analize z narejenim računalniškim programom kažejo, da je izbrani pristop pravilen. S tem so se odprle številne možnosti za nadaljnji razvoj formulacije in uporabo na številnih področjih gradbeništva (na primer: točnejši račun sanacij betonskih cestnih mostov; sanacije lesenih stropov, ojačanih z betonom, v pomembnih starih zgradbah -- gradovih).
(iv) Analiza vpliva vlage naravnega okolja na lesene lepljene nosilce. Predvidevamo, da se bo s stopnjevanjem potrošniškega načina življenja po zgledih zahodne civilizacije število lesenih zgradb hitro povečevalo. Eden od večjih problemov lesenih konstrukcij je njihova ranljivost na vlago. Tu je mišljen predvsem vpliv spremenljive vlažnosti na pomike (deformirano obliko) konstrukcije, ki lahko z leti ogrozijo njeno funkcionalnost. Z vplivom vlage na mehanske lastnosti lesa, lesenih kompozitov in lesenih konstrukcij se veliko ukvarjajo lesarji, gradbeniki, kemiki, fiziki in drugi. Rezultati žal še niso zadovoljivi. S problemi vpliva vlage se že vrsto let ukvarja tudi naša skupina. Naše zadnje raziskave kažejo, da se zaradi spreminjanja vsebnosti vlage v lesu hkrati občutno spreminja tudi temperatura. Ta nekol
Pomen za razvoj znanosti
Programska skupina je bila pri razvoju znanosti uspešna na vseh področjih dela, kar objektivno dokazujejo tudi objave v recenziranih mednarodnih revijah, citiranost, vabila za recenziranje člankov, predloženih mednarodnim revijam, in za nadaljnje objave v revijah. Tu želimo izpostaviti rezultate z jasno znanstveno vrednostjo. ---Razvoj novih numeričnih metod kot orodij za nelinearno statično in dinamično analizo prostorskih konstrukcij. Razvili smo družino natančnih, zanesljivih in računsko ekonomičnih končnih elementov kinematično točnih prostorskih nosilcev, ki so osnovani na interpolaciji deformacij. Pri tem smo vpeljali nove ideje za izboljšanje dosedanjih metod: zadoščanje enačbam konsistence v izbranih točkah; nekonvencionalne interpolacijske funkcije (valčki); parametrizacija rotacij s kvaternioni; nova konservativna časovna integracijska shema; analitična integracija napetosti po armiranobetonskem prostorskem prerezu; vpliv izbire reševanja enačb konsistence na hitrost globalne iteracije. Razvili smo družino nelinearnih končnih elementov ravninskih nosilcev, ki upoštevajo zdrs nosilcev na stiku. Večina omenjenih del je bila objavljena v vrhunskih revijah in predstavljajo prispevke k razvoju znanosti na področju mehanike konstrukcij. Razvita orodja smo uporabili pri študiju inženirskih problemov, kot sledi. ---Požarna odpornost. Sposobnost ocenjevanja napetosti in deformacij v konstrukcijah med požarom z numeričnimi metodami je ključna za varno projektiranje. Numerična orodja smo dopolnili za analizo jeklenih, armiranobetonskih in lesenih linijskih konstrukcij. Opravili smo vrsto študij vplivov posameznih parametrov konstrukcije, požara in modelov materiala na odziv. O tem smo poročali v mednarodnih revijah in na mednarodnih konferencah in s tem prispevali k razširjanju novega znanja v mednarodni prostor. ---Kompozitne konstrukcije. Analizirali smo vpliv zdrsa pri sovprežnih konstrukcijah, lesenih konstrukcijah in konstrukcijah, ojačanih z zaplatami iz jekla ali iz polimernih materialov. Uspešno smo analizirali delaminacijo sestavljenih nosilcev in njihovo postkritično obnašanje. Pričeli smo z analizo obnašanja kompozitnih konstrukcij pri požaru, predvsem glede hkratnega vpliva temperature in pritiskov pare v betonu na obnašanje armiranobetonskih konstrukcij. Pri naših delih gre delno za prilagoditev matematičnih orodij konkretnemu problemu, še bolj pa za razumevanje in kvantifikacijo obnašanja konstrukcije. ---Analiza obnašanja betonskih konstrukcij takoj po vgradnji betona. Tu smo se osredotočili na določanje adiabatskih krivulj temperature, začetka vezanja betona in na rast trdnosti s časom. Razvili smo nove numerične postopke, ki kombinirajo umetne nevronske mreže z metodo končnih elementov, pri čemer si pomagamo z ultrazvočnimi preskusi (začetek vezanja in rast trdnosti) in z adiabatnim preskusom. Bistvene prispevke svojega dela smo opisali v treh člankih v mednarodnih revijah. ---Razvrščanje lesa po trdnosti. Razvijali smo simulacijske metode za analizo uspešnosti in zanesljivosti razvrščanja lesa po trdnosti. Pri tem je bilo potrebno rešiti nekaj pomembnih korakov: generiranje vzorca koreliranih nenormalno porazdeljenih slučajnih spremenljivk – logaritemsko normalna porazdelitev in porazdelitev ekstremnih vrednosti; določitev karakterističnih vrednosti v primeru majhnih vzorcev (odvisna od porazdelitve in stopnje zaupanja); avtomatiziranje postopka razvrščanja lesenih elementov v razrede in iskanje ustreznih oblik namenske funkcije za določitev optimalnega razvrščanja. Deli teh analiz so bili objavljeni v mednarodnih revijah. Praktičen cilj pa je vpeljava strojnega razvrščanja lesa po trdnosti v Slovenijo.
Pomen za razvoj Slovenije
Programska skupina je v obravnavanem obdobju 2004-2008 na širšem področju mehanike konstrukcij prispevala vrsto novosti. Znanje, znanstveni rezultati in samozavest, ki si ga je s tem pridobila, omogočata enakovreden odnos članov skupine z raziskovalci in akademiki dobrih univerz v tujini. Takšno stanje je zelo pomembno za ohranjanje kvalitete študija na Fakulteti za gradbeništvo in geodezijo in univerz v Sloveniji nasploh. Programska skupina se pri svojem raziskovalnem delu opira na lastne teoretične koncepte in z njimi nadgrajuje obstoječe znanje v svetu; prav tako se le delno opira na komercialne računalniške programe in je zato v teoretičnem, programerskem in uporabnem smislu neodvisna od drugih, kar je prednost pri reševanju nestandardnih strokovnih in raziskovalnih problemov. Trije taki praktično pomembni problemi za Slovenijo, s katerimi se skupina ukvarja, so požarna odpornost konstrukcij (npr. požari v cestnih predorih), razvrščanje lesa po trdnosti (žagarska industrija) in analiza obnašanja betona po vgradnji (tehnologija gradnje velikih sistemov, npr. hidroelektrarne na Savi).
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
