Projekti / Programi
Razvoj praktične metode za oceno potresnega tveganja konstrukcij stavb in opreme
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.04 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
Potresno inženirstvo |
| Koda |
Veda |
Področje |
| T230 |
Tehnološke vede |
Visoke gradnje |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
potresno tveganje, verjetnostna potresna analiza, potresnoodporno projektiranje, nelinearna analiza, stavbe, armirani beton, zidane stavbe, etažni spektri, sprejemljivo tveganje
Raziskovalci (11)
Organizacije (3)
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 potresnoodpornih objektov in z utrjevanjem obstoječih objektov. Raziskave v okviru predlagane naloge so posvečene problemu, ki v svetovnem merilu še ni ustrezno rešen in je istočasno zelo pomemben tudi za uporabo pri nas, to je razvoju praktično uporabne metode za oceno potresnega tveganja. Raziskave so temeljne in bodo na več področjih prispevale k svetovni zakladnici znanja, končni cilj pa je razmeroma enostavna metoda, ki je bodo projektanti lahko uporabljali v vsakodnevni praksi. Metoda bo omogočala kvantitativno oceno potresnega tveganja gradbenih konstrukcij in njihove opreme, izraženo z letno verjetnostjo porušitve (odpovedi delovanja pri opremi) ali prekoračitve izbranega mejna stanja. Metoda bo dovolj enostavna, da bo uporabna za prakso, obenem pa dovolj natančna, da bo zajela bistvene značilnosti dejanskih razmer. Predstavljala bo razširitev N2 metode, ki je bila razvita v IKPIRu in ki je vključena v evropski in slovenski standard za gradnjo potresnoodpornih objektov Evrokod 8, in njeno povezavo z verjetnostno metodologijo, razvito v PEER centru v Kaliforniji. Glavni problemi, ki jih bo treba še rešiti (ali izboljšati obstoječe rešitve) v okviru predlagane naloge, so: določanje kapacitete elementov in celotne konstrukcije; pridobitev kvantitativnih podatkov o aleatorni in epistemični nezanesljivosti podatkov in rezultatov za tipične armiranobetonske in zidane konstrukcije; razširitev N2 metode z možnostjo določanja etažnih spektrov, soočanje podatkov o tehničnem tveganju z njihovo zaznavo in upoštevanje ugotovitev, da je sprejemljivo tveganje odvisno od osebnih in družbenih vrednotnih sodb ter zato spremenljivo. Raziskave bodo analitične in numerične, uporabljali bomo sodobno računalniško programsko in strojno opremo. Matematični modeli bodo verificirani z rezultati eksperimentov, opravljenih v okviru evropskih in drugih mednarodnih projektov v domačih in v velikih evropskih laboratorijih. Poenostavljena metoda bo verificirana z rezultati natančnejših numeričnih metod. Dobro formalno in neformalno sodelovanje raziskovalne skupine z vodilnimi raziskovalnimi centri po svetu zagotavlja, da bodo raziskave upoštevale najnovejše raziskovalne dosežke in da bodo koordinirane s podobnimi raziskavami po svetu. Posebno pomembna sta partnerstvo pri evropskem raziskovalnem projektu 7.okvirnega programa SERIES, kjer sodeluje 23 evropskih inštitucij, vključno z vsemi velikimi eksperimentalnimi laboratoriji, in odlično sodelovanje s Stanford univerzo, kjer je bilo opravljenega večina dela pri razvoju PEERove verjetnostne metodologije. Predlagan projekt je tesno povezan z delom programske skupine Potresno inženirstvo. Pri izvajanju raziskav bodo sodelovali raziskovalci na univerzi in v raziskovalni organizaciji. Posebno kvaliteto projekta predstavlja sodelovanje med tehniki in družboslovci, ki je ključnega pomena pri uvajanju različnih ukrepov v prakso, vendar je redko pri nas in tudi v svetu. Nova metoda in ob raziskavah pridobljena nova znanja, ki jih bomo objavili v mednarodni in domači strokovni literaturi ter posredovali študentom, projektantom in drugim udeležencem v procesu graditve objektov, bodo prispevali k racionalnim odločitvam v procesu projektiranja in, v končni fazi, k večji potresni odpornosti gradbenih objektov in njihove opreme ob sprejemljivih stroških in s tem k zmanjšanju števila žrtev in materialne škode ter k zaščiti kulturne dediščine v bodočih potresih.
Pomen za razvoj znanosti
V okviru raziskovalnega projekta je bilo doseženih več rezultatov, ki prispevajo v svetovno zakladnico znanja na področju potresnega inženirstva. Delni rezultati so bili že objavljeni v najuglednejših revijah s področja potresnega inženirstva. Poenostavljena nelinearna N2 metoda za potresne analize konstrukcij je priznana v svetu in vključena v evropski standard EC8. Novi rezultati, ki smo jih dobili pri raziskavah razširitve uporabnosti te metode za verjetnostne analize, predstavljajo pomembne dosežke v mednarodnem merilu. 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 metodo za kvantitativno oceno potresnega tveganja gradbenih konstrukcij in njihove opreme, izraženo z letno verjetnostjo porušitve (odpovedi delovanja pri opremi) ali prekoračitve izbranega mejna stanja. Metoda je dovolj enostavna, da je uporabna za prakso, obenem pa dovolj natančna (ob upoštevanju vseh negotovosti, povezanih s potresnim odzivom konstrukcij in njihove opreme), saj upošteva bistvene značilnosti dejanskih razmer. Za praktično uporabo metode so zahtevani kvantitativni podatke o aleatornih in epistemičnih negotovostih, to so podatki o vrednostih disperzij na nivoju konstrukcije. Z obsežnimi numeričnimi raziskavami smo določili te vrednosti za tipične armiranobetonske (okvirne, stenaste in mešane konstrukcije) in zidane konstrukcije stavb. Potresni odpornosti opreme, ki predstavlja bistveno večji strošek od konstrukcije, je zaenkrat posvečeno premalo pozornosti. V okviru projekta smo razvili praktično uporabno direktno metodo za določanje etažnih spektrov, ki omogoča račun etažnih spektrov pospeškov neposredno iz projektnega spektra za konstrukcijo in s tem bistveno zmanjša obseg računskega postopka. Upoštevano je neelastično obnašanje konstrukcije, kar lahko pomembno zmanjša maksimalne vrednosti pospeškov v spektrih odziva in s tem vpliva na racionalnost projektiranja. Ocenjujemo, da je predlagana metoda, ki predstavlja razširitev N2 metode, enostavnejša in natančnejša od obstoječih metod in primerna za vključitev v predpise. Določanje deformacijske kapacitete armiranobetonskih elementov v veliki meri temelji na analizi empiričnih podatkov. Na tem področju je najpomembnejši dosežek priprava javno dostopne baze eksperimentalno dobljenih podatkov za stebre, nosilce in stene. Baza omogoča nadaljne raziskovalno delo vsem raziskovalcem, ki se ukvarjajo s kapaciteto armiranobetonskih elementov. Ni nam znano, da bi bili v svetu na razpolago podatki o sprejemljivem potresnem tveganju gradbenih objektov, ki bi bilo pridobljeni z anketiranjem strokovnjakov in nestrokovnjakov. Rezultati, dobljeni v okviru projekta predstavljajo zato dragocene podatke, ki bodo prispevali k izbiranju ciljnih vrednosti tveganja.
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. Rezultati raziskav v končni fazi prispevajo k zmanjševanju človeških žrtev in materialne škode ter ohranjanju kulturne dediščine v primeru močnih potresov. Pri delu v okvira projekta so se mladi raziskovalci usposabljali za reševanje najtežjih strokovnih problemov, kar bo prispevalo k njihovemu uspešnemu samostojnemu delu po končanem doktoratu. Doseženi so bili pomembni sinergetski učinki sodelovanja raziskovalcev na univerzi in v raziskovalnem inštitutu ter med raziskovalci na področju tehnike in področju družboslovja. Čeprav so bile raziskave v okviru predlaganega projekta temeljne, je končni rezultat raziskav pregledna praktična metoda za verjetnostno oceno potresnega tveganja konstrukcij. Razvita metoda omogoča pridobitev kvantitativnih informacij o potresnem tveganju in tako olajša odločitve povezane s potresnoodpornim projektiranjem novih in s potencialnimi potresnimi utrditvami obstoječih konstrukcij. Pomemben rezultat je tudi prispevek k predpisom. Ker je obstoječa N2 metoda sestavni del Evrokoda 8 (EC8), ki se uporablja kot slovenski predpis za projektiranje na potresnih območjih, predvidevamo, da bo tudi dopolnjena N2 metoda, izdelana v okviru predlaganega projekta, v prihodnosti vsaj deloma vključena najprej v nacionalni dokument za uporabo Evrokoda 8 v Sloveniji, kasneje pa tudi v novo verzijo standarda Evrokod 8. Vpliv na Evrokod 8 bodo imeli tudi rezultati, dobljeni pri raziskavah potresne kapacitete armiranobetonskih in zidanih konstrukcij. 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. Pridobljeno znanje je in bo vključeno tudi v predavanja pri predmetih potresnega inženirstva na FGG Univerze v Ljubljani in na FG Univerze v Mariboru. Rezultati 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. Pridobljeni podatki o obstoječem in o sprejemljivem potresnem tveganju, relevantni za Slovenijo, bodo lahko prispevali k optimizaciji vlaganj v potresno odpornost gradbenih objektov.
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
