Projekti / Programi
Explozijsko luščenje ojačanih betonskih konstrukcij in njihova varnost v ekstremnih pogojih požara
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.03 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
Konstrukcije v gradbeništvu |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T230 |
Tehnološke vede |
Visoke gradnje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
naravne nesreče, požarna odpornost, luščenje betona, ojačane betonske konstrukcije
Raziskovalci (10)
Organizacije (3)
Povzetek
Eksplozijsko luščenje betonskih površin je značilen pojav pri vseh vrstah betonskih konstrukcij med požarom. Nedavni katastrofalni požari v predorih Mont Blanc, Tauern in St. Gothard so pokazali na nepredvidljiv vpliv tovrstnih naravnih nesreč in na pomembnost eksplozijskega luščenja betona na varnost konstrukcij in ljudi ter tudi na ekološko ogroženost okolja. Zato je razumevanje vpliva tega pojava na varnost vseh vrst gradbenih konstrukcij izjemnega pomena. Kot poročajo številni raziskovalci, samega pojava eksplozijskega luščenja kot tudi matematično modeliranje vpliva na varnost ojačanih betonskih konstrukcij zaenkrat še ne poznamo dovolj dobro. Prevladujoče mnenje je, da je eksplozijsko luščenje lahko posledica povišanih pornih tlakov ali oviranih temperaturnih deformacij. Ker so eksperimenti o vplivu luščenja na betonske konstrukcije izredno zahtevni in dragi, zasledimo vse več teoretičnih raziskav, ki skušajo določiti toplotne, hidrološke in mehanske pogoje za nastanek luščenja, redkeje pa raziskave za določitev vpliva samega procesa eksplozijskega luščenja betona na togost, duktilnost in nosilnost konstrukcij. Pojavi so razdeljeni v dve fazi. V prvi fazi določimo količino sproščene toplote zaradi gorenja snovi in nato temperaturno polje in polje hitrosti plinov v požarnem prostoru zaradi konvekcije plinov in toplotne radiacije. Na podlagi rezultatov prve faze nato v drugi fazi določimo vpliv požara na betonsko konstrukcijo. Vendar je tudi ta druga faza izredno zahtevna, saj je beton porozen material, v katerem so pore zapolnjene s tekočo vodo in zmesjo vodne pare in suhega zraka. Hkrati pa med požarom potekajo kemijski procesi, kot na primer dehidratacija vode. Zato moramo drugo fazo požarne analize modelirati kot povezan kemijsko-toplotno-hidrološko-mehanski proces, saj lahko le tako ocenimo, ali je betonska konstrukcija izpostavljena eksplozijskemu luščenju ali ne. Zaenkrat relevantnega matematičnega modela za spremljanje procesa luščenja še ne poznamo, zato raziskovalci proces luščenja betona med požarom večinoma predvidijo na osnovi eksperimentov. V raziskovalni nalogi bomo predstavili nov dvofazni numerični model za ugotovitev nastanka eksplozijskega luščenja in njegovega vpliva na togost, duktilnost, nosilnost in uklonsko nosilnost vseh vrst ojačanih betonskih konstrukcij. V prvi fazi bomo na podlagi raziskovalnih in komercialnih programov določili temperaturno polje v požarnem prostoru, ki je osnova za drugo fazo požarne analize. Poudarek raziskovalne naloge bo na drugi fazi požarne analize. V tem sklopu bomo razširili v literaturi že uveljavljene povezane numerične modele za oceno nastanka luščenja betonskih konstrukcij tudi na armiranobetonske in prednapete betonske konstrukcije. V nadaljevanju bomo na podlagi scenarijev eksplozijskega luščenja betona s predlaganim numeričnim modelom analizirali obnašanje betonskih konstrukcij. Poleg ocen numerične zahtevnosti modela bomo na osnovi parametričnih študij ugotavljali vplivnost materialnih in geometrijskih parametrov, hkrati pa razširili razumevanje nastanka in procesa luščenja in potrebne konstrukcijske ukrepe za preprečevanje oziroma zmanjševanje posledic luščenja na varnost vseh vrst ojačanih betonskih konstrukcij. Z razvitim numeričnim modelom bomo lahko ocenili ustreznost poenostavljenih računskih modelov za oceno požarne varnosti betonskih konstrukcij, kot jih priporočajo evropski tehnični predpisi. Ker se v Republiki Sloveniji načrtuje ponovna ocena požarne varnosti v avtocestnih predorih in gradnja železnice s predori kot tudi gradnja termoelektrarne Šoštanj in jedrske elektrarne, predvidevamo, da bomo lahko za vse te zahtevne gradbene objekte z razvitim numeričnim modelom in pripadajočim računalniškim programom omogočili projektantom strokovno načrtovati požarno varne in ekonomične zahtevne inženirske objekte.
Pomen za razvoj znanosti
Razvoj, izboljšanje in evalvacija numeričnih metod za požarno analizo vseh vrst ojačanih betonskih konstrukcij in s tem povezanega pojava eksplozijskega luščenja je nujno potreben, o čemer pričajo najnovejši članki v revijah s tega področja in dejstvo, da se tudi v drugih državah Evrope v okviru podobnih projektov in v najkvalitetnejših raziskovalnih skupinah izvajajo podobne raziskave. Glede na povezanost raziskovalne skupine Katedra za mehaniko s skupinami v Evropi lahko pričakujemo, da bo skupno delo pripeljalo do napredka na tem področju. Pridobljeni izsledki bodo omogočili boljše razumevanje nastanka in procesa eksplozijskega luščenja betona pri ojačanih betonskih konstrukcijah in potrebne ustrezne konstrukcijske ukrepe za preprečevanje oziroma zmanjševanje posledic eksplozijskega luščenja betona teh konstrukcij. Z razvitim numeričnim modelom za analizo vpliva luščenja betona na varnost vseh vrst ojačanih betonskih konstrukcij bomo lahko ocenili ustreznost različnih poenostavljenih modelov za oceno požarne varnosti konstrukcij, ki so uporabljeni v evropskih tehničnih predpisih (SIST EN 1992-1-2:2005).
Pomen za razvoj Slovenije
Kot je zapisano v Resoluciji o nacionalnem razvojnem in raziskovalnem programu v Republiki Sloveniji za obdobje 2006–2013, naj bi raziskovalni subjekti čim večji delež raziskav opravili za domače gospodarstvo, kar pa je prav eden od ciljev predlaganega projekta. Razen tega ima projekt še dve pomembni značilnosti: spodbuja interdisciplinarno sodelovanje (gradbeništvo, kemija, fizika), obenem pa vpeljuje razvojno in inovacijsko sodelovanje med raziskovalno sfero in podjetji (predvsem projektantska in izvajalska gradbena podjetja). V Republiki Sloveniji se načrtuje ponovna ocena požarne varnosti v avtocestnih predorih, načrtuje se gradnja železniškega omrežja, kjer so prav tako predvideni predori, gradnja termoelektrarne Šoštanj in jedrske elektrarne Krško. Za vse te izredno zahtevne objekte bomo z razvitim numeričnim modelom lažje strokovno načrtovali požarno varnost njihovih nosilnih konstrukcij in ne nazadnje tudi cenovno ustreznost. Glede na to, da so sodelavci projekta učitelji na univerzi, je eden od vzporednih ciljev tega projekta izobraževanje študentov in strokovnih kadrov na področju požarne varnosti nosilnih konstrukcij. Ker je požarna varnost danes ena od najbolj zanimivih področij raziskav, bo projekt omogočal krepitev mednarodnega raziskovalno razvojnega sodelovanja in vključevanje v evropski raziskovalni in visokošolski prostor. Ker nadalje požarna varnost postaja zelo aktualna tudi pri gradnji industrijskih, poslovnih in stanovanjskih zgradb, so v gradbeništvu možnosti za pretok novih znanj, spoznanj in kompetenc v gospodarstvo znatne.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2011,
2012,
2013,
zaključno poročilo,
celotno poročilo na dLib.si
