Projekti / Programi
Potresna žilavost in utrjevanje montažnih industrijskih stavb z betonskimi fasadami
| 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 |
zmanjšanje potresnega tveganja, fasade, stiki, potresna utrditev, inovativni pridrževalci, eksperimenti na potresni mizi, potresni predpisi, Evrokod8
Raziskovalci (14)
Organizacije (2)
Povzetek
Nedavni potresi so jasno pokazali, da so sistemi montažnih industrijskih objektov z betonskimi fasadami zelo ranljivi pri potresni obtežbi. Zaradi pomanjkanja znanja in razumevanja ter zapletenosti problema se stiki panelov z glavno nosilno konstrukcijo niso nikoli eksplicitno projektirali na vpliv potresne obtežbe v ravnini panelov, sodelovanje panelov in glavne nosilne konstrukcije pa ni bilo upoštevano.
Med osnovnimi cilji projekta sta zato razvoj in ovrednotenje inovativnih tehnik potresne utrditve, s katerimi bi lahko zaščitili veliko število obstoječih hal z ranljivimim fasadnimi sistemi. Namen je povečati potresno odpornost industrijskih stavb in s tem tudi povečati sposobnost industrijskih območij za hitrejše in bolj učinkovito okrevanje po pričakovanih potresih. Poseben poudarek bo na pridrževalcih, narejenih v obliki vrvi iz visoko zmogljivih plastičnih materialov. Posebej zahteven bo razvoj njihovih pritrjevanj in sidranja.
Nekaj teh problemov je delno obravnaval že evropski projekt SAFECLADDING. Tako bo predlagani projekt gradil na solidnih osnovah in jasnih usmeritvah. To bo omogočilo učinkovito upravljanje in doseganje ambicioznih ciljev projekta. V okviru projekta bodo izvedeni dinamični testi in eksperimenti na potresni mizi za obstoječe in inovativne stike in predvsem za kompletene konstrukcijske sisteme v naravnem merilu, medtem ko so bile predhodne raziskave obstoječih sistemov omejene na monotone in ciklične preizkuse izoliranih stikov.
Projekt bo usmerjen predvsem v niz eksperimentov konstrukcij v naravnem merilu. Glavni parametri raziskave v teh študijah bodo:
- orientacija panelov (navpični ali vodoravni);
- tip stikov panelov z glavno nosilno konstrukcijo (obstoječi stiki: drsni ali konzolni; kot tudi inovativni stiki: stiki s povečano deformacijsko kapaciteto in stiki s sposobnostjo sipanja energije)
- smer obremenjevanja (enoosno ali dvoosno).
Predlagana eksperimentalna postavitev omogoča večkratno uporabo posameznih komponent sistema in s tem hitrejše ter bolj učinkovito preizkušanje, kot tudi večje število variacij preiskovanih parametrov.
Raziskava bo dala vpogled v zelo kompleksno obnašanje sistema panel-konstrukcija in pridrževalcev pri potresni obtežbi. Učinkoviti, eksperimentalno preverjeni FEM modeli bodo nato uporabljeni za razvoj praktičnih makro modelov za zvezo med silo in premikom.
S pomočjo teh modelov bodo narejene obsežne študije potresnega tveganja, kjer bo eksplicitno zajeto sodelovanje panelov in nosilne konstrukcije. Analizirana bo verjetnost porušitve samih panelov, kot tudi verjetnost porušitve celotne konstrukcije. Podrobno bo preučeno zmanjšanje potresnega tveganja zaradi nameščenih pridrževalcev in disipativnih stikov. Ti rezultati bodo zagotovili koristne podatke za načrtovanje sistemov reševanja in učinkovito zavarovalno politiko. Slednja je še zlasti pomembna za primer industrijskih zgradb, kjer so lahko finančne posledice prekinitve obratovanja ključen parameter za zavarovanje. To je bilo jasno videno med zadnjimi potresi v severni Italiji, kjer so stroški presegli vsoto 13 milijard EUR.
Razviti bodo postopki za realistično oceno potresnih obremenitev stikov, pridrževalcev in konstrukcije, pri čemer bo upoštevano sodelovanje panelov in konstrukcije. Določeni bodo eksplicitni izrazi za oceno kapacitete različnih stikov in pridrževalcev ter njihovih delov pri potresni obtežbi. S temi rezultati bodo izboljšana pravila za projektiranje montažnih stavb z betonskimi fasadnimi paneli. Ti rezultati bodo tudi podlaga za možne spremembe in izboljšave ustreznih razdelkov v evropskih standardih Evrokod 8.
Pomen za razvoj znanosti
Predlagani projekt bo dal vpogled v zapleteno obnašanje stikov med fasado in konstrukcijo pri potresni obtežbi, ki še ni dovolj raziskano in razumljeno. Eksperimentalne in numerične raziskave bodo dale informacijo o močnem nelinearnem obnašanju fasadnega sistema pri slučajni dinamični obtežbi. Vključeni bodo kontaktni problemi na stiku med betonom in jeklenimi deli, prostorski razpored napetosti, dinamična deterioracija materiala, zaklinjanje komponent in velike plastične deformacije.
Vse te pojave bomo študirali z dinamičnimi testi in eksperimenti na potresni mizi. Take raziskave še nikoli niso bile narejene. Vendar pa je očitno, da so številne karakteristike, ki smo jih navedli v prejšnjem odstavku močno odvisne od dinamičnih lastnosti potresnega vpliva, čeprav se to v prejšnjih raziskavah ni nikoli eksplicitno raziskalo.
V nasprotju z nedavno narejenimi eksperimenti na izoliranih posameznih stikih, bo sedaj konstrukcijski sistem s fasado preizkušen v skoraj naravnem merilu na veliki potresni mizi. To je odločilno za razumevanje obnašanja stikov ob upoštevanju realističnih robnih pogojih pri velikih relativnih pomikih med močnim potresom ter njihove zapletene interakcije s konstrukcijo.
Za obravnavanje omenjenih karakteristik bomo predlagali učinkovite FEM modele. Razviti bodo praktično uporabni makro modeli (ti bodo temeljili na odnosu sila-pomik), ki jih bomo umerili tako s FEM analizami, kot tudi z eksperimentalnimi rezultati.
Uporaba pridrževalcev v montažnih stavbah je novo področje raziskav. To še posebej velja za vrvi iz vlaknastih inovativnih materialov, in zlasti za njihove zaključke in spoje z betonskimi elementi. Predlagali bomo postopke za oceno njihove obremenitve, kot tudi formule za določanje nosilnosti vseh kritičnih delov sistema za pridrževanje.
Razviti numerični modeli bodo omogočali realistično oceno interakcije med fasadnimi paneli in konstrukcijo, kar prej ni bilo mogoče. Z upoštevanjem te interakcije bomo pripravili postopek za realno oceno potresnega tveganja in z njim ocenili tveganje za velik vzorec realnih konstrukcij.
Pomen za razvoj Slovenije
Predlagani projekt ima zelo močno aplikativno komponento. Tako imajo vsi rezultati, ki so pomembni za razvoj znanstvenega področja, hkrati tudi neposredni vpliv na aplikacije, ekonomijo in družbo, kar je bolj podrobno pojasnjeno v nadaljevanju.
1) Zelo zaskrbljujoča je ugotovitev, da velik del obstoječih fasad ne bi bil varen v primeru potresa, ki ga pričakujemo v osrednji Sloveniji in južni Evropi. Rezultati predlaganega projekta pa bodo omogočili ekonomične, hitre in praktično uporabne načine utrditve fasad. Na osnovi začetnih raziskav sklepamo, da bo strošek značilnega pridrževalca ne bo presegel nekaj 10 EUR.
2) Varnejše fasade bodo zmanjšale indirektno škodo (zaradi prekinitve proizvodnje), ki je pri močnih potresih po pravilu dosega večji del celotne škode. To bo povečalo zmožnost hitrejšega in učinkovitejšega okrevanja industrijskih področij po pričakovanih močnih potresih v Evropi.
3) Pridobljeni bodo koristni podatki za načrtovanje kriznega odziva in učinkovite zavarovalne politike. Slednje je še posebej pomembno pri industrijskih zgradbah, kjer bi morale biti morebitne izgube zaradi prekinitve poslovanja poglavitni deležnik pri zavarovanju.
4) Fasadni paneli se sicer pogosto obravnavajo kot ne-konstrukcijski elementi, vendar pa padec panela s težo 10 ton gotovo predstavlja veliko nevarnost. V Sloveniji (in verjetno tudi v drugih delih Evrope) so montažne stavbe zelo popularne za gradnjo trgovskih središč (te stavbe se hitro gradijo, nudijo veliko odprtega prostora in so /pre/poceni). V teh stavbah je ob vsaki uri čez dan več tisoč ljudi.
5) Poleg jeklenih pridrževalcev bom raziskali vrvi iz visoko zmogljivih vlaknastih plastičnih materialov. Ti imajo prednost glede korozije in drugih okoljskih vidikov. Lahko jih tudi recikliramo (npr. v predivo in izolacijske materiale).
6) Objavili bomo pomemben dokument »Izboljšana navodila za projektiranje fasadnih sistemov armiranobetonskih montažnih industrijskih stavb«.
7) Ta publikacija bo tudi podlaga za predlog sprememb in izbolšav v ustreznih razdelkih Evrokoda 8. Medtem ko je posamezna uporaba raziskovalnih rezultatov za eno stavbo pomembna, pa je večkratni učinek vsake izboljšave predpisa še mnogo bolj pomemben.
8) Boljša ocena potresnega tveganja bo pomagala pri ponovni vzpostavitvi in povečanju konkurenčnosti evropske industrije armiranobetonskih montažnih konstrukcij, ki je bila po nedavnih potresih v Italiji močno prizadeta. Pred ekonomsko krizo je imela gradnja armiranobetonskih montažnih konstrukcij velik del v gradbeništvu Slovenije. Verjamemo, da bodo rezultati predlaganih raziskav pripomogli k ponovni oživitvi tega pomembnega sektorja gradbene dejavnosti.
Najpomembnejši znanstveni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati
Vmesno poročilo,
zaključno poročilo
