Projekti / Programi
Razvoj, modeliranje in optimiranje objektov in procesov v gradbeništvu in prometu
01. januar 2013
- 31. december 2016
| Koda |
Veda |
Področje |
Podpodročje |
| 2.01.00 |
Tehnika |
Gradbeništvo |
|
| 2.19.00 |
Tehnika |
Promet |
|
| Koda |
Veda |
Področje |
| T220 |
Tehnološke vede |
Gradbeništvo, hidravlika, priobalna tehnologija, mehanika zemljin |
| Koda |
Veda |
Področje |
| 2.01 |
Tehniške in tehnološke vede |
Gradbeništvo |
Raziskovalci (12)
Organizacije (1)
Povzetek
Namen predlaganega raziskovalnega programa je razvoj, modeliranje in optimiranje objektov in procesov v gradbeništvu in prometu. Optimiranje izvajamo z nelinearnim programiranjem (NLP) in z mešano-celoštevilskim nelinearnim programiranjem (MINLP). Smiselno raziskava poteka na dveh različnih področjih: gradbeništvo in promet. Na eni strani razvijamo optimizacijske metode, predvsem strategije za učinkovito optimiranje velikih realnih sistemov, na drugi strani pa modeliramo optimizacijske modele konstrukcij, objektov, prometne infrastrukture, gradnje objektov in prometnih tokov.
Na področju gradbeništva razvijamo optimizacijske modele nekaterih tipskih najčešče grajenih paličnih, okvirnih in mostnih konstrukcij iz jekla, armiranega betona, lesa in sovprežnega/kompozitnega materiala. Optimiranje izvajamo v smeri minimiranja mase ali proizvodnih stroškov konstrukcij. Optimiramo tudi proces gradnje objektov. Gradbeni objekti so na ta način optimirani v celoti od strehe do temeljev. V računskem procesu so sočasno zračunani: topologija konstrukcije (optimalno število in razpored konstrukcijskih elementov), materiali, oblika, standardne ter zaokrožene dimenzije.
Raziskovalno delo s področja lesenih konstrukcij je primarno usmerjeno v možnosti povečane uporabe montažne lesene gradnje. Tako razvijamo nove računske modele za večetažno montažno leseno gradnjo, kjer z modeli s fiktivnimi diagonalami lahko dodatno upoštevamo podajnost stikov med stenskimi in stropnimi elementi, kakor tudi delež odprtin v stenskih elementih. Velik poudarek namenjamo tudi razvoju novega leseno-steklenega stenskega elementa, kjer upoštevamo stekleno oblogo kot nosilno v svoji ravnini. Pri tem eksperimentalno testiramo različne možnosti stikovanja med stekleno oblogo in lesenim okvirjem z elastičnimi in togimi adhezivi, da bi zagotovili dovolj veliko statično togost in hkrati ohranili tudi dovolj veliko stopnjo duktilnosti. Velik pomen namenjamo tudi konstrukcijskim in energijskim sanacijam obstoječih stanovanjskih objektov, kjer lahko z nadgradnjo v opisanem leseno-steklenem stenskem sistemu, s primerno postavitvijo povečanega deleža zasteklitve na južni fasadi, dosežemo velike solarne energijske pribitke ter s tem bistveno izboljšamo energijsko bilanco objekta.
Gradbena informatika ima pri prej opisanih aktivnostih izrazito integrativno vlogo. V gradbeništvu ima uporaba računalnikov dolgo tradicijo. Toda zaradi uporabe računalnikov v okviru nespremenjenih ali starih organizacijskih shem informacijska tehnologija v gradbeništvu ne prinaša takšnega napredka, kot bi ga lahko. Raziskovalci iz področja informatike zato razvijamo nove organizacijske sheme, s katerimi bo mogoče optimirati konstrukcije, objekte, proces gradnje in prometno infrastrukturo ter maksimalno izrabiti potenciale novih informacijskih tehnologij.
Simulacija prometnih tokov se vse bolj uveljavlja v vsakdanji praksi na področju izdelave prometnih študij in postaja nepogrešljiv sestavni del sleherne projektne dokumentacije. Naša raziskava obravnava problematiko simulacije prometnih tokov in izračuna kapacitete turbo–krožnega križišča in drugih alternativnih tipov krožnih križišč.
Pomen za razvoj znanosti
Raziskovalni rezultati programske skupine so uporabni v različnih znanstvenih področjih gradbene, arhitekturne in prometne stroke. Na področju lesene gradnje smo tako razvili optimizacijske postopke energetsko učinkovitih leseno-steklenih objektov, kjer smo z vidika potrebne rabe energije za ogrevanje in ohlajevanje objekta določili optimalni delež zasteklitve za različne tlorisne zasnove objektov. Študijo smo kasneje razširili na leseno-steklene module nadgradnje, ki smo jih optimalno prilagodili tlorisni zasnovi obstoječega objekta. Študije smo izvajali za različna klimatska področja po Evropi, zato so rezultati direktno uporabni za nadaljnji razvoj postopkov energetskih sanacij z različnimi možnimi pristopi v različnih klimatskih področjih. Leseno-steklene objekte, ki smo jih arhitekturno zasnovali, smo analizirali tudi s konstrukcijskega vidika, kjer smo zasteklitev upoštevali kot nosilni element, tako na stenskih kot stropnih elementih. Rezultati številnih eksperimentalnih študij, ki smo jih kasneje numerično validirali z razvojem matematičnih modelov na osnovi končnih elementov, lahko predstavljajo pomemben doprinos k razvoju znanosti s področja obnašanja sovprežnih nosilnih konstrukcijskih sistemov ter vpliva adhezivov na sovprežno obnašanje sestavnih elementov prereza. Poenostavljeni računski modeli analize betonskih nosilcev omogočajo hitrejšo analizo razpokanih nosilcev, saj detajlne 2D ali 3D mreže končnih elementov tako niso več potrebne, kar potrujejo številne primerjave obeh modelov za različne obtežne primere in robne pogoje. Izpeljani končni elementi so kompatibilni s standardnimi končnim elementi in jih je tako mogoče enostavno implementirati v obstoječo programsko opremo. Čeprav so se razviti modeli izkazali za odlično uporabne v klasični analizi, so bi razviti tudi za potrebe inverzne identifikacije, kjer so minimalistični modeli – zaradi omejenih podatkov, pridobljenih z meritvami – nujno potrebni. Ob doseženem inženirskem konsenzu glede števila razpok in njihove razporeditve je mogoča uporaba teh modelov tudi v potresnem inženirstvu, kjer aktualni standard zahteva, da se za betonske konstrukcije upošteva razpokano stanje, kjer pa predpis omogoča uporabo precej slabšega modela. Na področju prometnega inženirstva doseženi rezultati potrjujejo prednosti alternativnih tipov krožnih križišč s stališča zmanjšanja števila konfliktnih točk, konfliktnih situacij, boljše prepustnosti in boljše prometne varnosti. Na osnovi tega je možno napovedati njihovo še večjo uveljavitev, prav tako pa tudi nadaljevanje raziskav na tem področju.
Pomen za razvoj Slovenije
Izsledki raziskav s področja lesene gradnje bodo lahko nedvomno prispevali k večji prepoznavnosti montažne lesene gradnje v Sloveniji, povečanje uporabe lesa v konstrukcijske namene in s tem posledično tudi krepitev lesne verige, ki bi primarno končno omogočila tudi trajnostno izkoriščanje slovenskega lesnega bogastva. Razviti montažni modul lesene-steklene gradnje bi ob določenih modifikacijah tudi za druga klimatska področja po Evropi lahko postal prepoznavni izvozni artikel slovenskih proizvajalcev montažne gradnje ter tako prispeval k pomembni gospodarski rasti številnih slovenskih podjetij s področja lesene gradnje in nenazadnje pomembno prispeval k večjemu izvoznemu potencialu celotne države. Nenazadnje pa imajo rezultati izvedenih študij na področju energetsko učinkovite lesene gradnje kot novogradnje ali modula konstrukcijske nadgradnje v postopku energetskih sanacij lahko tudi širši družbeno-koristni učinek, saj lahko bistveno prispevajo k zmanjšanju emisij toplogrednih plinov in k večjemu bivalnemu ugodju. Na področju prometnega inženirstva je primerjalna analiza rezultatov kapacitet turbo – krožnih križišč pokazala precejšnjo disperzijo rezultatov izračunov po različnih metodah, kar je kazalo na potrebo po izvedbi konkretnega primera v realnem okolju (pilotnega projekta). Danes je enačba za turbo-krožna križišča že dognana, saj imamo v Sloveniji izvedenih že 15 primerov. Popolnoma enako bi, pri določanju kapacitetne enačbe, bilo potrebno narediti tudi za druge alternativne tipe krožnih križišč, kar predstavlja raziskovalne cilje in vsebine. Gre za izvirne raziskave, z velikim potencialnim vplivom na razvoj novih raziskovalnih smeri na področju alternativnih tipov križišč v urbanem okolju. Potencialni vpliv rezultatov vidimo v nastanku novih alternativnih tipov krožnih križišč. Izvedljivost raziskav s področja razvoja alternativnih tipov krožnih križišč je velika, kar je skupina že dokazala. Neposredni pomen raziskovalnega programa za gospodarstvo in družbene dejavnosti vidimo v uveljavitvi alternativnih tipov krožnih križišč kot standardnih rešitev.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Letno poročilo
2013,
2014,
2015,
zaključno poročilo
