Projekti / Programi
Načrtovanje konstrukcij na sprejemljivo potresno tveganje z uporabo nelinearnih metod analize
| 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 |
načrtovanje konstrukcij, potresno tveganje, tolerirano tveganje, nelinearna analiza, varovanje grajenega okolja, stavbe, mostovi, ciklični eksperimenti, spletne aplikacije, visoko-propustno računsko okolje
Raziskovalci (16)
Organizacije (2)
Povzetek
Slovenija leži na aktivnem seizmičnem področju s srednjo stopnjo potresne nevarnosti, kjer se lahko pojavijo močni potresi s podobno magnitudo, kot je bila na primer izmerjena za potres L'Aquila (Italija, 2009). Ta potres je povzročil več kot 300 smrtnih žrtev, 1500 ljudi je bilo poškodovanih, 65000 pa jih je ostalo brez domov. Neposredna materialna škoda je bila ocenjena na 4 milijarde evrov. Izkušnje iz nedavnih potresov po svetu kažejo, da je tveganje za izgubo življenja in premoženja zaradi potresne nevarnosti previsoko, če objekti niso primerno načrtovani. To spoznanje ni novo, saj za projektiranje konstrukcij na potresnih območjih obstaja veliko različnih standardov, vendar zaradi kompleksnosti problema predpisujejo številne poenostavljene postopke. V procesu načrtovanja objektov ni predvideno, da se potresno tveganje eksplicitno določa, poleg tega se ne dokazuje nelinearnega odziva stavbe pri projektnem potresu. Zato ne moremo trditi, da trenutno veljavni standardi za potresnoodporno projektiranje konstrukcij (npr. Evrokod 8) kontrolirajo potresno tveganje do te mere, da bi bilo sprejemljivo za vse vrste konstrukcij in vse investitorje.
Z razvojem nelinearnih metod analize in zmogljive programske opreme za simulacijo potresnega odziva objektov, se je pojavila možnost posodobitve postopkov projektiranja tako, da bi konstrukcije načrtovali na sprejemljivo potresno tveganje, kar je tudi cilj predlaganega raziskovalnega projekta. Takšen način projektiranja bi pomenil veliko novost in prehod k znanstveno bolj utemeljenim postopkom, ki uporabljajo visoko raven tehnologije. Zaradi uporabe nelinearnih metod analize, bo postopek načrtovanja konstrukcije iterativen. Izhodiščna konstrukcija se bo določila bodisi z uporabo obstoječih standardov za potresnoodporno projektiranje konstrukcij ali na podlagi izkušenj z upoštevanjem minimalnih konstrukcijskih zahtev. Druga faza načrtovanja bo obsegala oceno potresnega tveganja z uporabo verjetnostnih metod. Če se bo izkazalo, da bo tveganje presegalo okvire sprejemljivega tveganja, bo potrebno upoštevati merila za zmanjšanje tveganja in ga ponovno vrednotiti. Ta postopek se bo ponavljal, dokler ne bo zadoščeno kriteriju sprejemljivega tveganja, ki ga bomo določili po uveljavljenih modelih za sprejemljivo tveganj ali glede na rezultate projekta Razvoj praktične metode za oceno potresnega tveganja konstrukcij stavb in opreme (J24180, nosilec P.Fajfar). Poleg analitičnih in numeričnih raziskav ter razvoja programske opreme, bo projekt obsegal tudi eksperimente s katerimi bomo preučevali razpršenost mehanskih lastnosti na nivoju materiala ali konstrukcijskega elementa s čimer bomo pridobili zanesljive vhodne podatke za nelinearne analize armiranobetonskih konstrukcij.
Če bo projekt odobren, bo tekel vzporedno s podobnimi temeljnimi raziskavami, ki se pripravljajo v najbolj uglednih centrih po svetu (npr. PEER Center, Univerza Stanford, EUCENTER). Dobro formalno in neformalno sodelovanje s temi centri nam zagotavlja, da bodo raziskave koordinirane s podobnimi raziskavami po svetu, ter tudi z raziskavami v okviru evropskih raziskovalnih projektov 7. okvirnega programa, pri katerih sodelujejo člani raziskovalne skupine (SERIES, SAFECLADDING).
Projektna skupina bo podobna tisti iz projekta J2-0845 Visoko-propustno računsko okolje za analizo potresnega tveganja, ki je bil s strani ARRS ocenjen z najvišjo oceno. Člani projektne skupine bodo tako raziskovalci programske skupine Potresno inženirstvo in E-gradbeništvo ter raziskovalci iz Zavoda za gradbeništvo Slovenije, ki imajo veliko izkušenj z izvajanjem eksperimentov. Glede na te okoliščine lahko zato upravičeno pričakujemo, da bomo rezultate predlaganega projekta dosegli.
Pomen za razvoj znanosti
Glavni rezultat projekta je metoda za načrtovanje objektov na sprejemljivo potresno tveganje z uporabo nelinearnih metod analize. Takšen pristop projektiranja je s fizikalnega stališča opredeljen na bistveno višjem nivoju kot je trenutno stanje v praksi, kjer se tveganje eksplicitno niti ne preverja. Rezultat je pomemben z znanstvenega stališča, saj se odpirajo možnosti za nove raziskave, in za razvoj stroke, saj bo v prihodnosti mogoče načrtovati konstrukcije na podlagi fizikalno utemeljenih izhodišč. Pomemben prispevek k razvoju znanosti predstavlja analitična metoda za razčlenitev verjetnosti prekoračitve določenega mejnega stanja konstrukcije. Na ta način lahko sorazmerno enostavno določimo katera jakost potresov ima največji vpliv na verjetnost prekoračitve mejnega stanja konstrukcije. Z metodo 3R smo vpeljali pojem karakterističnih akcelerogramov, ki jih lahko uporabimo v nelinearni dinamični analizi in se na osnovi majhnega števila dinamičnih analiz odločamo o varnosti konstrukcije s stališča verjetnosti prekoračitve mejnega stanja. S tem smo pokazali, da se je možno s precejšno zanesljivostjo odločiti glede ustreznosti potresnega tveganja obravnavanega objekta brez izvedbe velikega števila simulacij, kar se je do sedaj smatralo kot nemogoče, predvsem v potresnem inženirstvu zaradi slučajnosti potresne obtežbe. Za lažje nadaljnje raziskave in diseminacijo metode 3R smo razvili spletno aplikacijo, ki omogoča enostavno izbiro karakterističnih akcelerogramov. Razširili smo tudi programsko orodje PBEE Toolbox. Programska orodja so pogoj za uveljavljanje predlagane metodologije za načrtovanje konstrukcij, poleg tega pa omogočajo nove raziskave na področju načrtovanja konstrukcij na potresnih območjih. Z rezultati eksperimentov na AB stebrih smo dopolnili svetovno zakladnico eksperimentalnih rezultatov, ki služi kot osnova za razvoj modelov za oceno deformacijske kapacitete stebrov. Raziskava je bila namenoma zasnovana tako, da bi ugotovili kakšen je vpliv negotovosti pri gradnji. Zaradi tega smo preizkusili 12 nominalno enakih stebrov, ki pa so bili narejeni pri različnih podjetjih. Rezultati so pokazali veliko razpršenost, predvsem pri mejnih rotacijah. Največji negativni vpliv na mejno rotacijo je imelo nespoštovanje detajla stremenske armature. V svetu je zelo malo takih preiskav, s katerimi bi merili vpliv kvalitete gradnje. Pričakujemo, da bodo rezultati raziskav omogočili uvajanje novih postopkov projektiranja, predvsem s stališča odločanja na osnovi informacij, ki so razumljive širši družbi in ne le projektantom gradbenih konstrukcij. Širjenje kvalitetnih informacij o potresnem tveganju že v fazi projektiranja lahko precej prispeva h krepitvi odpornosti družbe napram ekstremnim naravnim pojavom ter tudi k razvoju nekaterih drugih družboslovnih ved.
Pomen za razvoj Slovenije
S temeljnimi raziskavami v okviru projekta Načrtovanje konstrukcij na sprejemljivo potresno tveganje z uporabo nelinearnih metod analize smo dosegli pomembne rezultate za razvoj Slovenije na različnih področjih: Razvoj metod in orodij za projektiranje novih ali obstoječih stavb na ciljno potresno tveganje: Novi postopki projektiranja temeljijo na nelinearni analizi, s katero lahko simuliramo poškodovanost stavb med potresi. Zaradi tega ni več potrebno upoštevati številnih predpostavk, ki so potrebne pri konvencionalnem načinu projektiranja, ki temelji na uporabi linearno elastične analize. Fizikalno opredeljeni postopek projektiranja bo tako pripomogel h krepitvi odpornosti družbe na ekstremne naravne pojave. Metoda je razvita do te mere, da se lahko uporabi v praksi, na primer za pomembne tehnološke objekte, kjer je investicija odvisna predvsem od stroška opreme ali kjer so posledice zaradi porušitve objekta zelo velike. Pomen za razvoj standardov za projektiranje konstrukcij na potresnih območjih: Slovenija leži na potresnem območju, kjer se lahko pojavijo močni potresi. Zato je potrebno vse objekte graditi potresno odporno. Po trenutno veljavnih standardih se dopušča, da se objekti pri močnih potresih poškodujejo. Standard tudi navaja, da dosego ciljev pri projektiranju lahko meri le z verjetnostnimi merami, vendar ne podaja metod in postopkov s katerimi bi lahko projektanti informirali deležnike glede tveganja za pojav poškodb, izgube funkcionalnosti ali celo porušitve. Ta pomanjkljivost je z novim postopkom projektiranja odpravljena. Zato bodo rezultati projekta pripomogli k razvoju novih standardov za projektiranje stavb na potresnih območjih. Prenos znanja v prakso, razvoj nove storitve na trgu: Znanja, ki smo jih pridobili pri projektu smo prenesli v prakso. Rezultate projekta smo direktno uporabili pri razvoju navodil za projektiranje hiše JUB Home na ciljno potresno tveganja. Del rezultatov projekta je pripomogel k razvoju nove storitve za Nuklearno elektrarno Krško, ki je naročila izdelavo potresne ranljivosti objekta v sklopu elektrarne. Ta analiza je del nadgraditve varnosti obratovanja elektrarne, ki je posledica nesreče v Fukushimi. Žiga Šebenik, ki je bil ključni razvijalec spletnih aplikacij, se je po končanju projekta zaposlil v podjetju CELTRA. Razvoj podiplomskega izobraževanja, mentorstvo doktorandom: Rezultati projekta bodo vključeni v učno snov pri predmetih doktorskega študija (npr. Zanesljivost konstrukcij z uporabo v potresnem inženirstvu (Doktorski študij Grajeno okolje), Seizmologija in potresno inženirstvo (Interdisciplinarni doktorski študij Varstvo okolja)). Tako bo omogočeno sistematično izobraževanje študentov, katere zanima področje potresno inženirstvo. Spletne aplikacije in razširjeno orodje PBEE Toolbox omogoča nove raziskave. Prav tako so eksperimentalni rezultati dostopni ostalim raziskovalcem. Promocija Slovenije v svetu: V času trajanja projekta smo organizirali več dogodkov v mednarodnem prostoru (mini simpozij na mednarodnih konferencah COMPDYN in VEESD, posebno sekcijo na svetovni konferenci o potresnem inženirstvu 16WCEE) in enodnevno delavnico na Univerzi Stanford, kjer smo predstavili rezultate projekta. Poleg tega smo objavili več izvirnih znanstvenih člankov v uglednih mednarodnih revijah ali konferencah. Sodelovanje pri prijavi evropskih in drugih projektov: Rezultati projekta so neposredno ali posredno prispevali pri vključevanju v mednarodne konzorcije za prijavo raziskovalnih projektov. V času trajanja projekta smo sodelovali pri štirih prijavah projektov. Pri dveh prijavah smo bili uspešni: NEWREBAR (Research Fund Coal and Steel) in XP-RESILIENCE (H2020, MSCA-ITN-2016). Rezultate projekta bomo tako lahko nadgradili ali uporabili pri obeh novih evropskih projektih.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
