Projekti / Programi
01. januar 2009
- 31. december 2014
| 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 |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
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 (28)
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
Poenostavljena nelinearna N2 metoda za potresne analize konstrukcij je priznana v svetu in vključena v evropski standard EC8. Razširitev uporabnosti te metode na konstrukcije s pomembnim vplivom višjih nihajnih oblik po višini in po tlorisu pomenijo pomemben dosežek v mednarodnem merilu in predstavljajo osnovo za ustrezno dopolnitev evropskega standarda Evrokod 8. S kombinacijo N2 metode in enačb za določitev verjetnosti prekoračitve izbranega stanja poškodovanosti konstrukcije v zaključeni obliki, izpeljanih v PEER centru v Kaliforniji, nam je uspelo formulirati praktično uporabno metodo za kvantitativno oceno potresnega tveganja gradbenih konstrukcij. Dobljeni so bili tudi kvantitativni podatki o negotovosti rezultatov analiz obnašanja tipičnih armiranobetonskih konstrukcij, ki upoštevajo raztrose podatkov o potresni obtežbi in o modelu konstrukcije. Ti podatki omogočajo oporabo razvite metode za določanje potresnega tveganja. Metoda bo olajšala postopno vpeljavo nove generacije metod, ki temeljijo na verjetnostnih principih, v prakso. Razvili smo metode in orodja, ki omogočajo vrednotenje potresnega tveganja obstoječih in novih objektov, ter jih uporabili na različnih vrstah objektov. Mere za vrednotenje potresnega tveganja so lahko verjetnost prekoračitve izbranega mejnega stanja, verjetnost za finančne izgube pri danem potresu ali pričakovana letna verjetnost finančnih izgub zaradi potresov, kar lahko služi kot osnova za določitev zavarovalne premije. Analiza potresnega tveganja tako ponuja možnost za razvoj novih postopkov projektiranja, ki bi temeljil na toleriranem potresnem tveganju. Dolgoletne raziskave potresnega odziva armiranobetonskih montažnih stavb, ki so potekale v okviru več evropskih projektov in v sodelovanju z največjimi evropskimi združenji proizvajalcev teh konstrukcij, so dale številne pomembne znanstvene rezultate. Podrobno so bili raziskani zapleteni mehanizmi potresnega odziva glavnega konstrukcijskega sistema. Z obsežnimi probabilističnimi študijami je bila ocenjena potresna varnost teh konstrukcij, kar je botrovalo tudi predlogu za spremembo evropskih standardov. Pojasnjeni so tudi mehanizmi delovanja stikov med posameznimi konstrukcijskimi elementi, ki so bili pred temi raziskavami le delno raziskani. To je omogočilo razvoj povsem novih postopkov za njihovo projektiranje in izvedbo bolj ekonomičnih stikov. Posebno pozornost smo namenili stikom med fasadnimi paneli in konstrukcijo, za katere praktično ni bilo nobenih podatkov o potresni odpornosti. V okviru projekta so bili prvič pojasnjeni osnovni mehanizmi njihovega potresnega odziva. Na osnovi the spoznanj so bili razviti inovativni postopki za zaščito fasadnih panelov pri vplivu potresne obtežbe. V okviru projekta PERPETUATE, v katerem smo sodelovali, so bile pripravljene evropske smernice za oceno in zmanjšanje potresnega tveganja za objekte kulturne dediščine so bile pripravljene. V projektu je bil kot standardna metoda analize privzet postopek kontroliranih pomikov pri doseganju različnih mejnih stanj. Celotno metodologijo sestavljajo: opredelitev mejnih stanj obnašanja (specifična za gradbene in umetniške elemente v objektu); ovrednotenje potresne nevarnosti in interakcije temelji-tla; upoštevanje različnih nivojev poznavanja konstrukcije; konstrukcijsko modeliranje in potresna analiza obnašanja zidanih konstrukcij in nepremičnih umetniških del; postopki preverjanja rezultatov analiz; odločitve glede sanacije in načrtovanje utrditvenih ukrepov. Kot nadgradnjo rezultatov PERPETUATE projekta smo za popravilo in utrditev razvili malte in injekcijske mešanice z apnenim vezivom in reaktivnim dolomitnim agregatom,. So kompatibilne z izvirnimi zgodovinskimi materiali in so sposobne ohraniti zadostno trdnost in obstojnost tudi v z vodo nasičenem okolju.
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. V okviru programa smo istočasno z osnovnimi raziskavami izvajali tudi aplikativne in prednormativne raziskave, rezultate pa v raznih oblikah uspešno prenašali v prakso. Končni rezultat raziskav so postopki za zagotavljanje potresne varnosti objektov in opreme, metode za projektiranje potresno odpornih objektov in opreme in ustrezni računalniški programi, ki olajšajo uporabo razvitih metod. Pomemben rezultat so tudi predlogi za izboljšave v predpisih. Ker je obstoječa N2 metoda 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 programa, v prihodnosti vključene v EC8. Rezultati vseh raziskav prispevajo k povečanju potresne odpornosti novih in obstoječih stavb in k bolj ekonomičnim konstrukcijam. Pri delu v okvira programa so se mladi raziskovalci usposabljali za reševanje najtežjih strokovnih problemov, kar bo prispevalo k njihovemu uspešnemu samostojnemu delu po končanem doktoratu. Rezultati raziskav bodo vplivali na delo raziskovalcev, projektantov, strokovnih organizacij in komisij za pripravo predpisov. Raziskovalna skupina je stalno prisotna pri organizaciji in izvedbi seminarjev za projektante. V Sloveniji in Evropi poteka večina industrijske proizvodnje v montažnih armirano betonskih stavbah. Porušitev takšnih konstrukcij pri delovanju potresne obtežbe bi ogrozila številna življenja, povzročila zelo veliko materialno škodo in tudi pripeljala do resnih ekoloških posledic. Nedavni potresi v naši neposredni okolici (n.pr. Emilia-Romana) so pokazali, da lahko porušitev teh konstrukcij (ali njihovih delov) paralizira industrijsko dejavnost celih področij Evrope za več mesecev. Z našimi raziskavami armiranobetonskih montažnih stavb smo bistveno pripomogli k povečanju njihove potresne varnosti in k povečani prožnosti odziva industrijske proizvodnje na močne potrese ter s tem tudi bistveno pripomogli k preprečevanju vseh teh resnih posledic. Rezultati raziskav so omogočili tudi racionalno projektiranje industrijskih montažnih stavb in posredovali merljivi dokaz, da je možno doseči primerno stopnjo potresnega tveganja tudi z bistveno bolj ekonomičnim projektiranjem. Glede na te ugotovitve predvidevamo, da bodo pomembno spremenjeni Evrokod 8 standardi, kar bo montažno gradnjo naredilo spet bolj konkurenčno. Določanje mehanskih lastnosti XPS plošč, ki so bistvenega pomena za potresno analizo sodobnih nizko energijskih stavb, pri katerih se XPS plošče uporabljajo kot toplotna izolacija pod temelji stavbe, in optimizacija sestavljenih toplotno izolacijskih sklopov pod temelji, da se poveča odpornost sklopa na strižno obremenitev, so pomembni za ustrezen odziv nizko energijskih stavb na potresno obremenitev. Ugotovitev, da določeni dolomitni agregati reagirajo z določenimi komponentami cementnega veziva in s tem vplivajo na mehanske lastnosti in prostorninsko stabilnost betona, ter pojasnjen potek reakcije, omogočajo namensko uporabo tovrstnih dolomitov za različne namene uporabe in s tem izboljšan izkoristek in tržno vrednost kamnolomov dolomitnega kamna. Pridobljeno znanje je in bo vključeno tudi v predavanja pri predmetih potresnega inženirstva na FGG Univerze v Ljubljani in na FG Univerze v Mariboru. V okvira predmeta Uvod v gradbeništvo smo uvedli preizkuse na šolski potresni mizi. Programska skupina in Univerza v Ljubljani je z uporabo šolske potresne mize postala članica University Consortium on Instructional Shake Tables (UCIST), v katerega je vključeno več kot sto univerz, med katerimi so najbolj ugledne kot na primer Univerza Stanford in Univerza Kalifornije, Berkeley. Na voljo je več deset filmov, ki nazorno prikazujejo obnašanje šolskih modelov konstrukcij med potresi (http://goo.gl/VraDVK).
Avdiovizualni viri (1)
| št. |
Naslov (s povezavo na video) |
Dogodek |
Vir |
| 1. |
Potresno inženirstvo |
|
Video predstavitev raziskovalnega programa
|
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2009,
2010,
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
