Materiały konferencyjne Streszczenia referatów

Transkrypt

1 Materiały konferencyjne Streszczenia referatów Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju Łódź, listopada 2012

2

3 Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju Łódź, listopada

4 POLITECHNIKA ŁÓDZKA ul. Żeromskiego 116, Łódź Biuro Projektu Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju POLITECHNIKA ŁÓDZKA Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska Al. Politechniki 6, Łódź EGZEMPLARZ BEZPŁATNY 2

5 Wstęp Od Lidera Konsorcjum W styczniu 2010 rozpoczęliśmy realizację projektu w Programie Operacyjnym Innowacyjna Gospodarka (POIG), pod tytułem: Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych w strategii zrównoważonego rozwoju. Przypomnijmy, że w ramach projektu prowadzone są prace badawczo rozwojowe w 8 wyodrębnionych Pakietach Tematycznych (PT). Pakiety obejmują łącznie 47 tematów badawczych. W projekcie utworzono także dwa pakiety pomocnicze: PT0 Zarządzanie oraz PT9 Promocja i upowszechnianie wyników projektu. Merytoryczne wyniki Projektu, osiągnięte do września 2011 roku, zostały przedstawione na konferencji naukowej, która odbyła się w Łodzi w dniach października 2011 roku. Uczestniczyły w niej 142 osoby, w tym 22 osoby reprezentujące przemysł, wygłoszono 61 referatów, obejmujących wszystkie pakiety tematyczne. Od tej pierwszej konferencji Projektu minął już rok. To był rok systematycznej, efektywnej pracy, wykonywanej zgodnie z przyjętymi i jak się okazało skutecznymi regułami organizacyjnymi. Zgodnie z harmonogramem Projektu zakończono prace nad 3. tematami badawczymi, kontynuowane są prace nad 44. tematami. Wyniki badań były przedstawiane na konferencjach krajowych i zagranicznych, w tym na The 6 th International Conference on FRP Composites In Civil Engineering CICE 2012, June 2012, Rome. W ramach projektu ukazały się dwie znaczące monografie: Wzmacnianie żelbetowych belek na ścinanie za pomocą kompozytów polimerowych; Renata Kotynia, 2011, Wydawnictwo Politechniki Łódzkiej, stron 310; Wybrane badania i obliczenia konstrukcji budowlanych metodami probabilistycznymi; Marian Gwóźdź, Andrzej Machowski, 2011, Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, str W minionym roku poprawiliśmy wskaźniki produktu, mimo iż ich podział między Konsorcjantów ciągle jest przedmiotem kontrowersji. Obecnie przedstawia się to następująco (w nawiasach podano wartości docelowe): liczba pracowników naukowych, realizujących projekt 236 (296) liczba studentów, zaangażowanych w realizację projektu 56 (88) liczba doktorantów, zaangażowanych w realizację projektu 34 (42) liczba bezpośrednio utworzonych nowych etatów (EPC) 18,77 (16) liczba współpracujących przedsiębiorstw 15 (62) wartość zakupionej aparatury naukowo-badawczej (3 011) tys. PLN liczba jednostek naukowych objętych wsparciem 10 (10) Do końca września 2012 roku wydatkowaliśmy kwotę ,76 PLN, co stanowi 61,24 % całkowitych kosztów projektu. Zgodnie z Rozporządzeniem Ministra Nauki i Szkolnictwa Wyższego z 29 września 2011roku (Dz. U. nr 207 poz. 1237) i wyjaśnieniem NCBiR z 3 lutego 2012 roku, podjęliśmy decyzję o poddaniu się audytowi zewnętrznemu w I kwartale 2013 roku. Sądzimy, że wnioski z audytu pozwolą na wprowadzenie zaleceń pokontrolnych do Projektu jeszcze przed jego zakończeniem. W niniejszej publikacji, poświęconej rezultatom Projektu osiągniętym do września 2012 roku, zachowaliśmy podział na Pakiety Tematyczne i realizowane w ich ramach tematy badawcze. Streszczenia są opublikowane w wersjach nadesłanych przez Autorów, niektóre z nich są więc bardzo skrótowe, a inne nieco szersze. Szczegóły prac i ich rezultaty Autorzy przedstawią w wystąpieniach konferencyjnych. W imieniu Rady Konsorcjum i Biura Projektu wyrażamy nadzieję, że to drugie spotkanie wykonawców Projektu posłuży wymianie doświadczeń i ewentualnemu uściśleniu zakresu badań. Mamy też nadzieję, że współpraca wszystkich jednostek tworzących Konsorcjum będzie się toczyła równie harmonijnie w kolejnym roku realizacji Projektu. Kierownictwo Projektu Maria Kamińska, Marek Lefik, Adam Szyda 3

6 Spis treści Spis treści Od Lidera Konsorcjum 3 O projekcie 8 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Opracowanie zasad i metod oceny bezpieczeństwa i użytkowalności szkieletów stalowych budynków 11 Marian Gwóźdź Niekonwencjonalne metody konwersji i magazynowania energii 12 Dorota Chwieduk Badanie belek żelbetowych wzmocnionych przy użyciu naprężonych laminatów CFRP 15 Renata Kotynia, Krzysztof Lasek, Michał Staśkiewicz Analiza efektywności wzmocnienia belek na ścinanie przy użyciu kompozytów polimerowych FRP 16 Renata Kotynia Analiza obliczeniowa zginanych belek żelbetowych wzmocnionych naprężonymi taśmami CFRP 19 Krzysztof Lasek, Renata Kotynia Wyniki badań doświadczalnych żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie naprężonymi taśmami z włóknami węglowymi 21 Renata Kotynia, Krzysztof Lasek, Michał Staśkiewicz Określenie rezerw bezpieczeństwa strefy przypodporowej słupów wewnętrznych ustrojów płytowosłupowych po jej zniszczeniu przez przebicie 24 Włodzimierz Starosolski, Zbigniew Pająk, Barbara Wieczorek, Mirosław Wieczorek Metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności żelbetowych konstrukcji zespolonych 27 Adam Zybura, Krzysztof Gromysz, Mariusz Jaśniok Adaptacja lub zmiana funkcji zabytkowych budynków mieszkalnych i użyteczności publicznej procedury i algorytmy postepowania 29 Wojciech Terlikowski, Andrzej Marecki Jednoczesność obciążenia śniegiem i wiatrem 31 Jerzy Antoni Żurański, Andrzej Sobolewski Baza danych pomiarowych i jej wykorzystanie w projektowaniu budynków narażonych na drgania 33 Janusz Kawecki, Krzysztof Kozioł, Krzysztof Stypuła PT 2 Zaawansowane metody projektowania konstrukcji ze względu na trwałość, uwzględniające zasady zrównoważonego rozwoju Numeryczne modelowanie efektu skali w belkach betonowych ze zbrojeniem i bez zbrojenia 35 Jacek Tejchman, Ewelina Korol Nośność i stan wytężenia płyt betonowych zbrojonych prętami z włókien bazaltowych 37 Piotr Korzeniowski, Marcin Abramski, Marek Wesołowski Czynniki wpływające na nośność belek betonowych zbrojonych prętami kompozytowymi 39 Piotr Szymczak, Paweł Olbryk, Szymon Chołostiakow, Maciej Krawczyk Zastosowanie modelu połączonego MES do symulacji lokalizacji i rys w betonie 41 Jerzy Bobiński, Jacek Tejchman l Dyskretne modelowanie betonu na poziomie kruszywa 43 Jan Kozicki, Michał Nitka, Jacek Tejchman Podejście dwuskalowe do modelowania betonu 45 Michał Nitka, Łukasz Skarżyński, Jacek Tejchman Makroskopowe modelowanie betonu w obszarze dynamicznym 47 Ireneusz Marzec, Jacek Tejchman Model kompatybilności powłok ochronnych typu pcc w świetle wymagań normy PN-EN Andrzej Garbacz 4

7 Spis treści Badania doświadczalne intermodulacji fal ultradźwiękowych drganiami niskich częstotliwości 51 Krzysztof Wilde, Magdalena Rucka, Błażej Meronk Symulacje numeryczne metody powierzchni odpowiedzi dla betonowych elementów zginanych 53 Karol Winkelmann, Jarosław Górski Spektralne elementy nieskończone jako wsparcie diagnostyki konstrukcji betonowych 55 Jacek Chróścielewski, Wojciech Witkowski PT3 Innowacyjne materiały budowlane i metody ich projektowania w aspekcie wymaganych cech użytkowych i trwałości Zastosowanie sztucznych sieci nerunowych w symulacji przebiegu procesu hydratacji cementu 57 Marcin Krasiński, Ismena Gawęda Numeryczna symulacja wpływu reakcji ASR na pracę konstrukcji betonowej 59 Filip Norys, Szymon Seręga, Andrzej Winnicki Mechaniczno-chemiczny model degradacji żelbetu w warunkach agresywnych 60 Adam Zybura, Tomasz Krykowski, Tomasz Jaśniok, Barbara Słomka-Słupik, Zofia Szweda, Mariusz Jaśniok Programowanie nieliniowych modeli konstytutywnych w bibliotece GetFEM++ 63 Roman Putanowicz, Anna Stankiewicz, Jerzy Pamin Trwałość mrozowa betonów z cementami żużlowymi 64 Jerzy Wawrzeńczyk, Tomasz Juszczak, Agnieszka Molendowska, Adam Kłak Ewolucja wybranych własności materiałowych betonów do konstrukcji masywnych 66 Marek Jabłoński, Arkadiusz Witek, Witold Grymin, Dariusz Gawin Wpływ mikrosfer na Mrozoodporność wybranych zapraw cementowych 68 Piotr Konca, Marcin Koniorczyk, Marcin Kwiatkowski A consistent iterative scheme for 2D and 3D cohesive crack analysis in XFEM 69 Jan Jaśkowiec, Frans van der Meer PT 4 Recykling materiałów i elementów budowlanych, materiały alternatywne Odkształcalność betonów na kruszywach wtórnych 70 Alina Kliszczewicz Diagnostyka nawierzchni drogowych i lotniskowych z wykorzystaniem zaawansowanych badań dynamicznych 72 Antoni Szydło, Bartłomiej Krawczyk, Piotr Mackiewicz Trwałość mieszanek mineralno-cementowo-emulsyjnych w nawierzchniach drogowych 74 Antoni Szydło, Łukasz Skotnicki, Jarosław Kuźniewski Zastosowanie asfaltu spienionego w technologii recyklingu głębokiego na zimno 75 Marek Iwański, Anna Chomicz-Kowalska, Grzegorz Mazurek Powtórne wykorzystywanie całych elementów konstrukcyjnych 77 Janusz Brol, Katarzyna Adamczyk, Szymon Dawczyński Ocena efektywności zbrojenia elementów betonowych silnymi siatkami tekstylnymi 79 Bernard Kotala, Marek Węglorz Moduł sprężystości skurcz i pełzanie betonów o dużej zawartości piasku 81 Dawid Moszczyński, Artem Czkwianianc PT 5 Nowatorskie metody inżynierii bezpieczeństwa pożarowego Badania wpływu prędkości nagrzewania na parametry wytrzymałościowe stali konstrukcyjnych 83 Zoja Bednarek, Renata Kamocka-Bronisz, Paweł Ogrodnik, Sławomir Bronisz Badanie wpływu emisji tlenku węgla powstającego podczas rozkładu termicznego drewna sosnowego na jego stężenie podczas pożaru w pomieszczeniu 85 Barbara Ościłowska, Bożena Kukfisz, Norbert Tuśnio 5

8 Spis treści Wpływ parametrów lotnych produktów spalania różnych materiałów wyposażenia obiektów budowlanych na czas zadziałania systemów zabezpieczeń przeciwpożarowych 86 Waldemar Wnęk, Przemysław Kubica, Agata Domżał Określenie wytycznych projektowania systemów sygnalizacji pożarowej w zakresie detekcji pożaru w obecności systemów wentylacji bytowej obiektów budowlanych 88 Waldemar Wnęk, Przemysław Kubica, Agata Domżał Szacowanie zasięgu widzialności w dymie powstałym w czasie spalania wybranych materiałów wyposażenia i wykończenia wnętrz 90 Marzena Półka, Marek Konecki, Norbert Tuśnio Standardowe procedury interwencyjnej wentylacji doraźnej w obiektach ZL dla sił ratowniczych poziomu interwencyjnego 91 Ireneusz Naworol, Stanisław Lipiński, Andrzej Marciniak, Aleksander Adamski Wnioski szczegółowe dla sporządzania wytycznych wynikające z przeglądu i analizy instrukcji bezpieczeństwa pożarowego. Cz Grzegorz Ogrodnik, Marek Woliński Komputerowe wspomaganie projektowania z uwagi na warunki pożarowe WG EN , EN , EN Grzegorz Woźniak, Piotr Turkowski Zasady stosowania inżynierii bezpieczeństwa pożarowego do projektowania systemów wentylacji pożarowej tuneli drogowych 94 Grzegorz Sztarbała, Grzegorz Krajewski Badanie wpływu temperatur pożarowych na przyczepność stali do betonu 96 Zoja Bednarek, Paweł Ogrodnik, Renata Kamocka-Bronisz, Sławomir Bronisz PT 6 Innowacyjne metody tworzenia i wykorzystywania komputerowej reprezentacji wiedzy w inżynierii lądowej, kształtowanie infrastruktury transportowej z uwzględnieniem strategii zrównoważonego rozwoju Kompleksowa diagnostyka i ocena stanu przewodów kanalizacyjnych dla planowania zadań eksploatacyjnych i rehabilitacji technicznej sieci 98 Cezary Madryas, Tomasz Abel, Beata Nienartowicz, Bogdan Przybyła Analiza poprzecznych żeber pośrednich dźwigarów blachownicowych z uwzględnieniem uszkodzeń 100 Mieszko Kużawa, Jan Bień, Paweł Rawa Zastosowanie metody emisji akustycznej IADP identyfikacja uszkodzeń w elementach żelbetowych 103 Wiesław Trąmpczyński, Barbara Goszczyńska, Grzegorz Świt Nowa implementacja sztucznej sieci neuronowej typu IAC wraz z przykładami zastosowań 106 Marek Wojciechowski, Marcin Krasiński, Ismena Gawęda Baza wiedzy, monitoring i system wspomagania decyzji związanych z propagacją zanieczyszczeń 107 Marek Lefik, Paulina Rudnicka-Kępa, Izabela Wiśniewska Środki poprawy bezpieczeństwa infrastruktury drogowej w zastosowa-niach praktycznych 109 Stanisław Gaca, Mariusz Kieć, Marcin Budzyński PT 7 Oszczędność energii i problemy zrównoważonego rozwoju w budownictwie Parametryzacja obiektowa w procesie optymalizacji projektowania budynków energoszczędnych 111 Arkadiusz Węglarz, Beata Pawłowska, Krzysztof Żmijewski Metoda oceny budynków użyteczności publicznej z pasywnymi systemami wykorzystania energii słonecznej pod kątem oszczędności energii oraz komfortu cieplnego i wizualnego ludzi etap Henryk Nowak, Łukasz Nowak, Elżbieta Śliwińska, Maja Staniec Wybrane zagadnienia konstrukcji hal energoaktywnych 115 Karolina Brzezińska, Zbigniew Kowal, Karolina Otwinowska, Rafał Piotrowski, Monika Siedlecka, Andrzej Szychowski 6

9 Spis treści Zaburzenia wymiany powietrza w budynkach wyposażonych w zbiorcze kanały wentylacyjne 117 Marek Telejko, Jerzy Zbigniew Piotrowski Indywidualny system nawiewny sposobem na poprawę jakości powietrza w pomieszczeniach mieszkalnych 119 Ewa Zender-Świercz, Jerzy Zbigniew Piotrowski Podstawy klasyfikacji akustycznej budynków mieszkalnych 121 Barbara Szudrowicz, Elżbieta Nowicka PT 8 Użytkowanie i ochrona środowiska w strategii zrównoważonego rozwoju Analiza zawartości substancji ropopochodnych w ściekach pochodzących z przelewu burzowego j Ewa Badowska Zastosowanie obiektów infiltracji i bioretencji w zlewni zurbanizowanej 124 Grażyna Sakson Ekohydrologiczne metody produkcji bioenergii i detoksykacji osadów pościekowych 125 Magdalena Urbaniak, Agata Drobniewska, Iwona Wagner, Maciej Zalewski Badania emisji zanieczyszczeń z miejskich systemów kanalizacyjnych do środowiska jako podstawa ich modernizacji 126 Marek Zawilski Laboratoryjne badanie przepuszczalności piasków hydrofobizowanych emulsjami alkoksysilanowymi 128 Patrycja Baryła, Marek Wojciechowski, Marek Lefik Technologie oczyszczania szarej wody 130 Andrzej Jodłowski Zastosowanie ultrafiltracji w oczyszczaniu szarej wody z prania domowego 133 Andrzej Jodłowski, Maciej Dobrzański Wpływ siły odśrodkowej na efektywność separacji zawiesiny 135 Jerzy Sawicki Ocena ładunków zanieczyszczeń wnoszonych do środowiska przez przelewy burzowe kanalizacji ogólnospławnej 137 Agnieszka Brzezińska, Dawid Bandzierz 7

10 O projekcie O projekcie Projekt,,Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju realizowany jest w ramach strategicznych programów badań naukowych i prac rozwojowych Programu Operacyjnego Innowacyjna Gospodarka na lata (Poddziałanie POIG). Projekt współfinansowany jest przez Unie Europejską z Europejskiego Funduszu Rozwoju Regionalnego zgodnie z umową o dofinansowanie nr POIG z późniejszymi aneksami. Realizacja projektu rozpoczęła się r. a zakończenie przewidywane jest na r. Całkowita wartość projektu wynosi ,84 zł, a wartość dofinansowania z Unii Europejskiej to ,57 zł. Cele Celem ogólnym Projektu jest wsparcie działalności naukowej na potrzeby przedsiębiorców, przez podaż najnowocześniejszych rozwiązań technologicznych dla gospodarki. Strategiczny cel projektu zostanie osiągnięty poprzez przeprowadzenie prac badawczo rozwojowych oraz koncepcyjnych w obszarach i zagadnieniach szczególnie istotnych dla rozwoju gospodarki kraju. Prace badawcze są prowadzone ze szczególnym uwzględnieniem kwestii oszczędności energii, wykorzystania alternatywnych materiałów, rozwoju metod obliczeniowych i rehabilitacji obszarów zdegradowanych. Realizacja projektu powinna sprzyjać w szczególności: innowacyjności i konkurencyjności przedsiębiorstw poprzez możliwość adaptacji wyników i rezultatów badań do zastosowań praktycznych, wzrostowi konkurencyjności polskiej nauki, zwiększeniu znaczenia roli nauki w rozwoju gospodarczym, zwiększeniu udziału innowacyjnych produktów polskiej gospodarki w rynku międzynarodowym, tworzeniu trwałych i lepszych miejsc pracy, wzrostowi wykorzystania technologii informacyjnych i komunikacyjnych w gospodarce. Projekt jest w pełni spójny z celami ogólnymi POIG, jest również kompatybilny z celami szczegółowymi POIG, zakładającymi min.: zwiększenie innowacyjności przedsiębiorstw, wzrost konkurencyjności polskiej nauki, zwiększenie roli nauki w rozwoju gospodarczym, zwiększenie udziału innowacyjnych produktów polskiej gospodarki w rynku międzynarodowym. Celem szczegółowym projektu jest realizacja badań naukowych w dziedzinach takich jak: budownictwo, ochrona środowiska, inżynieria środowiska, transport, bezpieczeństwo obywateli. Są to kluczowe dziedziny i dyscypliny naukowe, które zgodnie z Krajowym Programem Badań Naukowych i Prac Rozwojowych (KPBNiPR) mają największy wpływ na szybki rozwój cywilizacyjno-gospodarczy kraju i budowę gospodarki opartej na wiedzy. Oznacza to, ze projekt jest zgodny z celami I Osi priorytetowej POIG, która zakłada wsparcie prowadzenia badań naukowych i prac rozwojowych służących budowie gospodarki opartej na wiedzy, realizowanych przez konsorcja naukowo przemysłowe. Projekt jest formą upowszechniania dobrych praktyk, w zakresie współpracy nauki z gospodarką. Projekt spełnia kryterium wsparcia dla dużego multi- i trandyscyplinarnego projektu badawczego. Do udziału w projekcie zostaną włączeni studenci i doktoranci, a prowadzone badania naukowe staną się podstawa prac magisterskich (inżynierskich) i doktorskich. 8

11 O projekcie Zakres projektu Planowane w ramach projektu działania zakładają min.: zapewnienie odpowiedniej bazy badawczej, w tym aparatury naukowo-badawczej, a z drugiej ukierunkowanie już istniejących zasobów na prowadzenie badań w dziedzinach priorytetowych dla rozwoju kraju, umożliwienie rozwiązywania problemów badawczych na poziomie uznawanym za wysoki przez międzynarodowe środowiska naukowe oraz zdolność do tworzenia rozwiązań, które nadają się do zastosowania w praktyce społeczno-gospodarczej (przedsiębiorstwach, edukacji i administracji publicznej), zwiększenia innowacyjności gospodarki, poprzez zwiększenie liczby skomercjalizowanych wyników prac B+R oraz ich wdrożeń przez przedsiębiorców, zwiększenie potencjału wiedzy kapitału ludzkiego jako siły napędowej wzrostu gospodarczego i służącemu zrównoważonemu rozwojowi społeczeństwa. Projekt jest zgodny z celami Działania 1.1. POIG,,Wsparcie badań naukowych dla budowy gospodarki opartej na wiedzy bowiem rozwiązywanie zagadnień merytorycznych objętych projektem ma duże znaczenie dla szybkiego rozwoju cywilizacyjno-gospodarczego kraju, w szczególności zdynamizowanie zrównoważonego rozwoju gospodarczego, rozwoju budownictwa mieszkalnego, użyteczności publicznej i infrastruktury sieciowej i drogowej dla poprawy jakości życia polskiego społeczeństwa. Pakiety tematyczne Prace badawczo-rozwojowe są prowadzone w ramach 8 wyodrębnionych Pakietów Tematycznych (PT): PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji PT 2 Zaawansowane metody projektowania konstrukcji ze względu na trwałość, uwzględniające zasady zrównoważonego rozwoju PT 3 Innowacyjne materiały budowlane i metody ich projektowania w aspekcie wymaganych cech użytkowych i trwałości PT 4 Recykling materiałów i elementów budowlanych, materiały alternatywne PT 5 Nowatorskie metody inżynierii bezpieczeństwa pożarowego PT 6 Innowacyjne metody tworzenia i wykorzystywania komputerowej reprezentacji wiedzy w inżynierii lądowej, kształtowanie infrastruktury transportowej z uwzględnieniem strategii zrównoważonego rozwoju PT 7 Oszczędność energii i problemy zrównoważonego rozwoju w budownictwie PT 8 Użytkowanie i ochrona środowiska w strategii zrównoważonego rozwoju Projekt spełnia kryterium wsparcia dla dużych multi- i transdyscyplinarnych projektów badawczych. Równocześnie do udziału w projekcie są włączeni studenci i doktoranci, a prowadzone badania naukowe stanowią podstawy prac magisterskich (inżynierskich) i doktorskich. Rezultaty Oczekiwane rezultaty Projektu to: wdrożenia przemysłowe powstałe w wyniku realizacji strategicznych programów badawczych, komercjalizacja wybranych wyników badań B+R, wykonanych w jednostce naukowej, utworzenie nowych miejsc pracy (EPC), utworzenie nowych etatów badawczych, zgłoszenia patentowe jako efekt realizacji przedsięwzięcia, publikacje naukowe, stopnie naukowe uzyskane przez osoby realizujące projekt, wyniki prac badawczych, które zostaną odpłatnie udostępnione (sprzedane) zainteresowanym podmiotom na zasadach rynkowych, wyniki prac badawczych, które nieodpłatnie zostaną udostępnione wszystkim zainteresowanym podmiotom (osobom) 9

12 O projekcie Konsorcjum Projekt jest realizowany przez konsorcjum 10 jednostek naukowo-badawczych. Liderem Projektu jest: Politechnika Łódzka ul. Żeromskiego Łódź, a jednostką bezpośrednio odpowiedzialną za zarządzanie projektem: Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska PŁ Al. Politechniki Łódź. Pozostałe jednostki realizujące projekt to: Politechnika Śląska z siedzibą w Gliwicach, ul. Akademicka 2, Gliwice Politechnika Gdańska z siedzibą w Gdańsku, ul. Narutowicza 11/ 12, Gdańsk Wrzeszcz Politechnika Świętokrzyska z siedzibą W Kielcach, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, Kielce Politechnika Krakowska z siedzibą w Krakowie, ul. Warszawska 24, Kraków Politechnika Wrocławska z siedzibą we Wrocławiu, Wybrzeże Wyspiańskiego 27, Wrocław Politechnika Warszawska z siedzibą w Warszawie, Pl. Politechniki 1, Warszawa Szkoła Główna Służby Pożarniczej z siedzibą, w Warszawie, ul. Słowackiego 52/54, Warszawa Uniwersytet Łódzki z siedzibą w Łodzi, ul. Narutowicza 65, Łódź Instytut Techniki Budowlanej z siedzibą w Warszawie, ul. Filtrowa 1, Warszawa 10

13 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Opracowanie zasad i metod oceny bezpieczeństwa i użytkowalności szkieletów stalowych budynków Marian Gwóźdź Politechnika Krakowska, Kraków, margwo@pk.edu.pl W związku z nowelizacją eurokodów, w krajach UE w latach realizuje się szereg projektów badawczych przez zespoły, które opracowywały poszczególne części eurokodów. Realizowaną nowelizację norm europejskich należy wykorzystać do uaktywnienia krajowych ośrodków naukowo-badawczych co najmniej w zakresie weryfikacji załączników krajowych do poszczególnych części eurokodów, ponieważ w pierwszej edycji eurokodów PN-EN 1990 PN-EN 1999 załączniki krajowe nie zostały zredagowane w sposób w pełni zadawalający, a minimalny obszar krajowej aktywności normalizacyjnej obejmuje: weryfikację podstawowych założeń modelowych w zakresie nośności granicznej konstrukcji prętowych i powierzchniowych w aspekcie jakości wykonania budownictwa krajowego, weryfikację współczynników nośności i obciążenia (zwłaszcza dla działań klimatycznych) oraz różnicowanie miar niezawodności konstrukcji. Jako przykład potrzebnej weryfikacji założeń modelowych można wskazać na imperfekcje globalne szkieletów budynków stalowych i żelbetowych, a także na imperferkcje lokalne prętów. Celem takich badań nie jest nowelizacja odpowiednich zapisów w eurokodach, lecz ewentualne zaostrzenia wymagań odbiorowych (jeżeli przeprowadzone badania weryfikacyjne prowadziłyby do takich wniosków). W referacie przedstawiono dokumentację wyników własnych badań statystycznych w zakresie: cech mechanicznych i geometrycznych krajowych wyrobów hutniczych produkowanych współcześnie. Badaniami statystycznymi objęto zarówno znane i popularne w Polsce gatunki stali konstrukcyjnej stosowanej na wyroby hutnicze budowlane S235 i S355, jak i nowe gatunki stali: S275, S250GD, S280GD i S320GD. Budownictwo stalowe w Polsce latach zostało zdominowane przez wielkogabarytowe hipermarkety oraz hurtownie i magazyny wielko-powierzchniowe. Cechą wspólną tej klasy obiektów są założenia funkcjonalne, które nie przewidują wykorzystania transportu suwnicowego oraz zastosowanie lekkiej obudowy, narażonej głównie na działania klimatyczne: wiatru, śniegu i temperatury. Wspomniana grupa budynków była projektowana wg normy krajowej PN-90/B-03200, która nie uwzględniała m.in. reguł wymiarowania konstrukcji stalowych cienkościennych, podanych dopiero w eurokodach: PN-EN :2008, i PN-EN Zatem po wprowadzeniu do praktyki projektowej eurokodów należy postawić pytanie: czy szkielety stalowych hal zaprojektowane w latach wg norm polskich pozostają bezpieczne w świetle nowych norm. Obok analiz statystycznych, w referacie przedstawiono wyniki obszernej analizy porównawczej w zakresie nośności przekrojów i prętów stalowych, projektowanych w oparciu o normy krajowe z lat oraz eurokod PN-EN Udokumentowano także wyniki pomiarów geodezyjnych imperfekcji globalnych szkieletów stalowych hal, wybudowanych w Polsce w ciągu ostatnich 30 lat przez pojedynczą dużą krajową firmę montażową. Przygotowany referat to wyciąg z raportu z drugiej części realizacji pakietu tematycznego T.1.1. pt.: Opracowanie zasad i metod oceny bezpieczeństwa i użytkowalności szkieletów stalowych budynków. Raport z badań dokumentuje wyniki badań własnych autorów, przeprowadzonych w latach i został zredagowany jako książka naukowa (skierowana do recenzji) adresowana do inżynierów czynnie uczestniczących w realizacjach inwestycji budowlanych, a wykształconych w zakresie niezawodności konstrukcji stalowych na krajowej formacji obliczeń konstrukcji różniącej się od koncepcji europejskiej zredagowanej w eurokodach EC i EC Praca jest przeznaczona także dla doktorantów Wydziałów Inżynierii Lądowej szkół wyższych, ponieważ zawiera bank danych statystycznych umożliwiających prowadzenie pogłębionych analiz niezawodności szkieletów stalowych budynków, a także innych stalowych konstrukcji prętowych. 11

14 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Niekonwencjonalne metody konwersji i magazynowania energii Dorota Chwieduk Politechnika Warszawska, Warszawa, dchwied@itc.pw.edu.pl Zakres tematu badawczego: analiza dostępności promieniowania słonecznego półsferycznego, identyfikacja zorientowania i pochylenia płaszczyzn elementów strukturalnych budynków pod kątem ich stosowania w budownictwie; opracowanie zaleceń odnośnie kształtowania pochyleń i orientacji płaszczyzn elementów rozwiązań architektury tradycyjnej i niekonwencjonalnej zgodnie z zasadami budownictwa energooszczędnego i przyjaznego środowisku w warunkach polskich; analiza zagadnienia dynamiki procesów zachodzących w obudowie budynku w wyniku zmieniających się w czasie warunków otoczenia, ze szczególnym uwzględnieniem napromieniowywania ich promieniowaniem słonecznym; analiza pozyskiwanie i akumulacja energii promieniowania słonecznego w strukturalnych magazynach z materiałem ulegającym przemianie fazowej PCM; badania eksperymentalne materiałów PCM i ich wpływu na bilans energetyczny i komfort cieplny; identyfikacja możliwych do stosowania w warunkach krajowych rozwiązań instalacyjnych systemów produkcji energii elektrycznej, ciepła i chłodu skojarzonych z budynkiem i wykorzystujących odnawialne źródła energii; symulacja funkcjonowania energetycznych instalacji ogrzewania/chłodzenia pomieszczeń, podgrzewania wody i akumulacji ciepła; wykorzystanie materiałów fazowo-zmiennych w magazynach ciepła instalacji ogrzewania i chłodzenia wykorzystujących odnawialne źródła energii; modelowanie oddziaływania środowiska na funkcjonowanie aktywnych systemów słonecznych i instalacji grzewczych z pompą ciepła (gruntową) oraz zużycie energii eksploatacyjnej; badania eksperymentalne wybranych instalacji energetycznych wykorzystujących odnawialne źródła energii; opracowanie metodyki określania efektywności energetycznej rozwiązań instalacyjnych energetyki odnawialnej dla różnych typów budynków; klasyfikacja niskoenergetycznych budynków w zależności od stopnia ich samowystarczalności energetycznej pod kątem zastosowanych rozwiązań instalacyjnych, jak również z uwzględnieniem wzajemnego oddziaływania układu: budynek otaczające środowisko. Cele realizacji tematu badawczego Jednym z celów realizacji tego tematu jest przedstawienie wpływu energii promieniowania słonecznego na bilans cieplny budynku i na tej podstawie sformułowanie wniosków odnośnie pro-słonecznego kształtowania obudowy budynku i jego otoczenia. Celem naukowym jest sformułowanie opisu matematycznego i przeanalizowanie zagadnienia zmiennego w czasie pozyskiwania i naturalnej konwersji termicznej energii promieniowania słonecznego w budynku. Aby cel ten był osiągnięty należy opracować i rozwiązać zagadnienia zmiennej w czasie dostępności energii promieniowania słonecznego do różnie usytuowanych elementów obudowy budynku i dynamiki procesów zachodzących w obudowie budynku w wyniku zmieniających się w czasie warunków otoczenia. Celem prac badawczych jest kompleksowe podejście do zagadnień oddziaływania promieniowania słonecznego na budynek w skali całego roku, ze szczegółowym rozważeniem problematyki nieustalonych procesów transportu energii w budynku i jego otoczeniu. Zwykle rozważania są uproszczone lub dotyczą tylko wybranych elementów obudowy budynku. W związku z tym nie ma zaleceń odnośnie kształtowania obudowy budynku pod kątem oddziaływania energii promieniowania słonecznego w skali roku. Nie prowadzone są bowiem szczegółowe analizy napromieniowania i pozyskiwania energii promieniowania słonecznego przez obudowę budynku wykorzystujące rzeczywiste uśrednione wieloletnie dane promieniowania słonecznego, co 12

15 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji wynika nie tylko z braku dostępu do takich danych, ale i z niedoceniania roli energii promieniowania słonecznego, jaką ona pełni w kształtowaniu bilansu energetycznego budynku. Oddziaływanie energii promieniowania słonecznego jest ciągle niedoceniane, zwłaszcza w krajach położonych na wyższych szerokościach geograficznych, do których należy Polska. Co więcej rola energii promieniowania słonecznego w kształtowaniu bilansu energetycznego budynków nie jest powszechnie znana. Jeśli nawet energia promieniowania słonecznego jest uwzględniana przy tworzeniu koncepcji architektonicznej budynku i jego projektowaniu, to odbywa się to w sposób bardzo uproszczony, który nie odzwierciedla istoty i charakteru oddziaływania energii promieniowania słonecznego. Problemy dużej energochłonności budownictwa, odpowiedzialnego za 40% zużycia energii finalnej w krajach Unii Europejskiej, doprowadziły do powstania Dyrektywy 2002/91/EC w sprawie charakterystyki energetycznej budynków. Realizacja powyższego tematu przyczyni się do wsparcia wdrażania idei niniejszej Dyrektywy w odniesieniu do poprawy efektywności energetycznej w budownictwie, a w konsekwencji ograniczenie zanieczyszczenia środowiska, formułując zalecenia odnośnie kształtowania bryły budynku, jego otoczenia i wnętrza. Kolejnym celem realizacji tego tematu jest przeprowadzenie analizy możliwości stosowania w warunkach krajowych różnych rozwiązań systemów do produkcji ciepła/ chłodu i energii elektrycznej instalowanych bezpośrednio u odbiorcy, tzn. w budynkach i opracowanie metodyki określania efektywności energetycznej rozwiązań instalacyjnych energetyki odnawialnej dla różnych typów budynków. Celem prac badawczych jest kompleksowe podejście do rozwiązań instalacyjnych pozwalających rozpatrywać budynek wraz z jego instalacjami energetycznymi jako jeden ustrój, który powinien być samowystarczalny energetycznie. Celem prac eksperymentalnych jest przeprowadzenie analizy funkcjonowania wybranych innowacyjnych rozwiązań instalacjach w warunkach polowych (lub laboratoryjnych) i weryfikacja badań symulacyjnych. Realizacja tematu masz też charakter edukacyjno- promocyjny poprzez stworzenie opracowań i narzędzi, które będą mogły być realizowane przy wdrażaniu certyfikacji energetycznej budynków. Celem jest również przeprowadzenie analizy możliwości wykorzystanie materiałów zmienno-fazowych (w tym hybrydowych) we współpracy z odnawialnym źródłami energii jako elementów magazynujących w strukturze budynku lub w jego instalacjach ogrzewania i chłodzenia oraz zbadanie ich wpływu na bilans cieplny budynku, zwiększenia energooszczędności i polepszenia komfortu cieplnego pomieszczeń. Planowane rezultaty (wyniki) realizacji tematu badawczego Rezultaty realizacji niniejszego tematu będą miały zarówno charakter badawczo naukowy w postaci nowych opracowań, analiz i symulacji zjawisk zachodzących w budynku i jego otoczeniu, jak i narzędzi użytkowych w postaci graficznej i numerycznej (programy użytkowe). Przewidziane są prace naukowe dotyczące innowacyjnych materiałów ulegających przemianie fazowej w temperaturze pomieszczeń i weryfikacja eksperymentalna otrzymanych wyników. Wyznaczenie właściwości cieplnych elementów budynku zawierających materiały zmienno-fazowe oraz optymalizacja struktury tych elementów. Realizacja tematu przyczyni się do promocji i edukacji szerszego grona społeczności (poprzez seminaria, warsztaty, i inne formy rozpowszechniania wyników) w zakresie tworzenia koncepcji i projektowania budynków współistniejących z otoczeniem naturalnym. Prowadzone prace nad nowymi metodami konwersji energii ze źródeł odnawialnych i jej magazynowania zostaną opublikowane i będą prezentowane z różnym stopniem złożoności, zarówno jako prace naukowo, jak i rozwojowe. Powstaną narzędzia użytkowe do symulacji funkcjonowania wybranych rozwiązań instalacyjnych. Przewidują się opracowanie nowych technologii związanych z materiałami zmienno fazowymi i zastosowanie ich w urządzeniach pilotowych. Zostaną opracowane zalecenia (wytyczne) co do tworzenia koncepcji i projektowania instalacji wykorzystujących odnawialne źródła energii w budynkach niskoenergetycznych, oraz wskazania odnośnie realizacji budynków samowystarczalnych energetycznie ze względu na rozwiązania instalacyjne. Techniczne i organizacyjne aspekty osiągnięcia założonych rezultatów (wyników) realizacji tematu badawczego wytyczne co do projektowania budynków oraz ich elementów ( struktura, instalacje) wytyczne co do projektowania usytuowania, orientacji przestrzennej i kształtowania otoczenia budynków w celu polepszenia ich energooszczędności wytyczne co do możliwej modernizacji istniejących budynków w celu zwiększenia ich energooszczędności wytyczne co do opracowania procedur kontroli właściwości wytwarzanych elementów budynków zawierających materiały zmienno-fazowe i optymalizacji tych właściwości 13

16 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Zapotrzebowanie rynku (gospodarki) na rezultaty (wyniki) realizacji zadania badawczego. W szczególności proszę określić jakie, są realne możliwości zastosowania wyników badań w gospodarce. W związku ze wzrostem inwestycji budowlanych i energetycznych wykorzystujących odnawialne źródła energii rośnie zapotrzebowanie na wiedzę z tego zakresu. Poszukiwane są uproszczone metody i narzędzia projektowania innowacyjnych rozwiązań materiałowo strukturalnych i instalacyjnych, oraz zalecenia co do ich efektywnego stosowania. Rynek budowlany poszukuje wytycznych odnośnie kształtowania obudowy budynku i jego wnętrza pod kątem zmniejszenia zapotrzebowania na energię. Istnieje ogromny popyt na nowe materiały budowlane, które będą pełnić nie tylko typowe funkcje konstrukcyjne, ale i energetyczne, jak np. materiały PCM, które mogą być aktywnymi (choć pasywnymi z natury) elementami systemów grzewczo/klimatyzacyjnych. Powiązania celów, wyników i rezultatów realizacji tematu badawczego z pozostałymi tematami badawczymi. Wyniki badań w powyższym temacie badawczym są komplementarne z wynikami innych tematów, jako że obecnie rozwiązania w budownictwie mają typowy charakter interdyscyplinarny. 14

17 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Badanie belek żelbetowych wzmocnionych przy użyciu naprężonych laminatów CFRP Renata Kotynia Politechnika Łódzka, Łódź, renata.kotynia@p.lodz.pl Krzysztof Lasek Politechnika Łódzka, Łódź, krzysztof.lasek@p.lodz.pl Michał Staśkiewicz Politechnika Łódzka, Łódź, michal.staskiewicz@p.lodz.pl Celem badań przeprowadzonych w Laboratorium Badawczym Katedry Budownictwa Betonowego była analiza efektywności wzmocnienia belek żelbetowych przy użyciu naprężonych laminatów z włókien węglowych. Analizowano wpływ zastosowania zaprawy klejowej do zespolenia taśmy z powierzchnią betonu oraz wpływ wstępnego wytężenia belek przed wzmocnieniem na efekt wzmocnienia zarówno w stanie granicznym użytkowalności, jak i nośności. W tym celu część belek wzmacniano pod ciężarem własnym, który stanowił około 25% nośności belki nie wzmocnionej, a pozostałe elementy wzmacniano pod utrzymywanym w sposób stały obciążeniem, odpowiadającym około 75% wytężeniu. Pozostałe parametry zmienne to: stopień naprężenia taśmy CFRP, obecność zaprawy klejowej lub jej brak oraz sposób kotwienia końców taśmy na spodniej powierzchni belek. Badania obejmują 3 jednoprzęsłowe, podparte przegubowo belki żelbetowe o przekroju 500x220 mm i rozpiętości 6000mm w osiach podpór. Belki wzmocnione były pojedynczą taśmą CFRP naprężoną i zakotwioną przy pomocy systemu S&P, składającego się z siłownika hydraulicznego oraz stalowych blach kotwiących. Jedną belkę wzmocniono taśmą bez kotwienia jej końców za pomocą mechanicznych kotew stalowych, na końcowych odcinkach taśmy wykonano jednostopniową gradację siły naprężającej do zera, co oznacza, że te fragmenty taśmy przyklejono w sposób bierny. Badania wykazały wysoką efektywność wzmocnienia żelbetowych belek wzmocnionych czynnie wahającą się od 1,9 do 2,2 nośności elementu nie wzmocnionego, podczas gdy przy wzmocnieniu biernym stopień wzmocnienia wynosi od 1,4 do 1,6 nośności belki żelbetowej (przy odkształceniach kompozytu w chwili odspojenia od 5 do 7 ). Na ogół powodem zniszczenia wzmocnionych belek była utrata przyczepności miedzy kompozytem i betonem postępująca od środkowej części elementu w kierunku podpór. Wzmacnianie zginanych elementów żelbetowych przy użyciu naprężonych taśm kompozytowych typu CFRP jest bardzo skuteczne zarówno w stanie granicznym nośności, jak i użytkowalności, zwłaszcza gdy elementy wzmacniane są silnie obciążone przed wzmocnieniem. Możliwe jest znaczące ograniczenie odkształceń i ugięć wzmacnianego elementu oraz znaczne zwiększenie jego sztywności. 15

18 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Analiza efektywności wzmocnienia belek na ścinanie przy użyciu kompozytów polimerowych FRP Renata Kotynia Politechnika Łódzka, Łódź, renata.kotynia@p.lodz.pl Słowa kluczowe: belki, kompozyty polimerowe, ścinanie, wzmocnienie, zniszczenie Cel i zakres pracy W referacie przedstawiono zagadnienie nośności na ścinanie stref przypodporowych w belkach żelbetowych, które ze względu na niedobór nośności istniejącego zbrojenia poprzecznego wymagają wzmocnienia. Na podstawie analizy obcych i własnych badań doświadczalnych, określono efektywność wzmocnienia w zależności od wybranych parametrów badawczych: stopnia poprzecznego zbrojenia stalowego i kompozytowego, cech wytrzymałościowych zbrojenia, wytrzymałości betonu, smukłości strefy ścinania i sposobu aplikacji kompozytu. Podstawowym celem pracy było utworzenie kompleksowej bazy danych, obejmującej wyniki doświadczalnych badań elementów wzmocnionych na ścinanie za pomocą kompozytów polimerowych, zastosowanych w dwóch podstawowych systemach wzmocnień. Pierwszy z nich obejmuje wzmocnienia zewnętrzne, przyklejane na powierzchni betonu, (określenie angielskie: Externally Bonded Reinforcement EBR). Drugi system (Near Surface Mounted Reinforcement NSMR) polega na wklejaniu zbrojenia kompozytowego w betonową otulinę belek w specjalnie nacięte szczeliny. W pracy omówiono tematykę wzmacniania konstrukcji żelbetowych na podstawie aktualnego stanu wiedzy w dziedzinie badań doświadczalnych i praktycznych zastosowań technologii kompozytów przyklejanych na powierzchni betonu (metoda EBR) i wklejanych w betonową otulinę (metoda NSMR). Analizowany problem wzmacniania na ścinanie przy użyciu kompozytów okazał się znacznie trudniejszy niż w wypadku tradycyjnego żelbetu, ze względu na: idealnie sprężystą charakterystykę wytrzymałościową materiałów kompozytowych, anizotropową budowę kompozytów, co staje się istotne przy ich obciążaniu pod kątem do głównego kierunku włókien, wrażliwość włókien na zagięcia, zwłaszcza w miejscach krawędzi przekrojów, niebezpieczeństwo przerwania włókien przy stosowaniu mechanicznych łączników, wrażliwość przyczepności kompozytu do betonu na wiele czynników (wytrzymałość betonu, stan jego powierzchni, sztywność kompozytu, jakość wykonania prac wzmocnieniowych). Do najbardziej powszechnych sposobów wzmacniania stref przypodporowych na ścinanie metodą EBR należą: sposób S jedynie na bocznych powierzchniach belki, bez kotwienia końców, (rys. 1a), U jednocześnie na bocznych i spodniej powierzchni (rys. 1b) oraz W zamknięte strzemiona obejmujące cały przekrój (rys. 1c). (a) 16

19 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji (b) (c) Rys. 1. Sposoby wzmocnienia belek na ścinanie materiałami FRP (a) S, (b) U, (c) W [1] W celu zwiększenia stopnia wykorzystania zbrojenia kompozytowego, a tym samym zwiększenia efektywności wzmocnienia na ścinanie, zaproponowano technologię NSMR wklejania materiałów kompozytowych w betonową otulinę elementu żelbetowego. Główną zaletą metody jest zwiększenie powierzchni styku wklejanego kompozytu z betonem, co znacząco opóźnia jego odspojenie. Podstawowym warunkiem zastosowania tej metody jest odpowiednia grubość betonowej otuliny, w którą wklejane jest zbrojenie kompozytowe. Do wzmocnień używane są kompozyty w postaci taśm lub prętów o przekroju okrągłym lub kwadratowym. Zbrojenie to może być wklejane pionowo lub pod kątem do podłużnej osi belki. W celu zwiększenia efektywności wzmocnienia proponuje się wklejanie jednego z końców tego zbrojenia w płytę przekroju teowego. Analiza efektów wzmocnienia metodą EBR i NSMR Analizę typów zniszczenia belek wzmocnionych na ścinanie materiałami kompozytowymi FRP omówiono szczegółowo w pracy [1]. O zniszczeniu elementów wzmocnionych na zewnętrznej powierzchni (EBR) sposobem S i U decyduje odspojenie zbrojenia kompozytowego od betonu, podczas gdy w elementach wzmocnionych obwodowymi pętlami (typ W ) zniszczenie rozpoczyna się odspojeniem kompozytu od bocznych powierzchni belki, co po przekroczeniu jego wytrzymałości na rozciąganie doprowadza do zerwania tego zbrojenia. Natomiast badania elementów wzmocnionych wklejanymi prętami z włókien węglowych (NSMR), wykazały występowanie trzech podstawowych mechanizmów zniszczenia na ścinanie. W pierwszym belki niszczyły się na ogół na skutek odspojenia prętów CFRP, poprzedzonego utratą przyczepności prętów do zaprawy klejowej i ukośnym zarysowaniem otaczającego je betonu. Tego sposobu zniszczenia można uniknąć zmniejszając rozstaw prętów kompozytowych, wklejając je pod tym samym kątem do podłużnej osi elementu lub kotwiąc ich końce w półce przekroju teowego. Drugi mechanizm zniszczenia wystąpił w przypodporowej strefie belek o niskim stopniu porzecznego zbrojenia stalowego i kompozytowego. Na skutek dużego rozstawu poprzecznego zbrojenia, ukośna rysa niszcząca w bezpośrednim sąsiedztwie podpory zmieniała swoje pochylenie na prawie poziome wzdłuż rozciąganego zbrojenia podłużnego, co ostatecznie skutkowało odspojeniem betonowej otuliny wzdłuż tego zbrojenia. Trzeci sposób zniszczenia, typowy dla belek wzmocnionych wklejonymi taśmami w bardzo małym rozstawie, charakteryzowało obustronne odspojenie grupy wklejonych prętów, wraz z otaczającą betonową otuliną, od rdzenia belki ograniczonego stalowymi strzemionami. Taki sposób zniszczenia wskazuje na negatywny wpływ zmniejszenia rozstawu wklejonego zbrojenia kompozytowego po- 17

20 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji niżej granicznego (minimalnego) rozstawu, co prowadzi właśnie do nieoczekiwanego odspojenia obu bocznych warstw betonowej otuliny wraz z grupą wklejonych prętów. Podsumowanie Na podstawie analizy porównawczej obu technik wzmocnień EBR i NSMR można wysnuć następujące wnioski: technologia wzmacniania na ścinanie przy użyciu materiałów kompozytowych wklejanych w głąb betonowej otuliny jest bardziej efektywna, niż wzmacnianie przy użyciu taśm lub mat przyklejanych na powierzchni elementów żelbetowych, stopień wzmocnienia zależy w obu wypadkach przede wszystkim od rozstawu kompozytowych strzemion, ich położenia na długości odcinka ścinania i kąta ich nachylenia do podłużnej osi belki, najbardziej efektywne okazało się pochylenie wklejonych materiałów kompozytowych pod kątem 45, efektywność wzmocnienia obu technik znacząco zależy od stopnia istniejącego, poprzecznego zbrojenia stalowego i rośnie wraz ze spadkiem stopnia tego zbrojenia, efektywność wzmocnienia NSMR rośnie wraz ze zwiększeniem głębokości wklejonego zbrojenia, a więc zastosowaniem taśm kompozytowych o większej szerokości, o ile pozwoli na to grubość istniejącej betonowej otuliny, największy przyrost efektywności wzmocnienia można osiągnąć przez wklejenie zbrojenia kompozytowego w półkę przekroju teowego. Przedstawiona w pracy tematyka stanowi część szerszego programu badawczego finansowanego z projektu POIG Innowacyjne środki i efektywne metody poprawy bezpieczeństwa i trwałości obiektów budowlanych i infrastruktury transportowej w strategii zrównoważonego rozwoju. Literatura [1] Kotynia R., Wzmacnianie żelbetowych belek na ścinanie za pomocą kompozytów polimerowych. Rozprawa habilitacyjna, Łódź,

21 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji Analiza obliczeniowa zginanych belek żelbetowych wzmocnionych naprężonymi taśmami CFRP Krzysztof Lasek Politechnika Łódzka, Łódź, krzysztof.lasek@p.lodz.pl Renata Kotynia Politechnika Łódzka, Łódź, renata.kotynia@p.lodz.pl Słowa kluczowe: taśmy CFRP, wzmocnienie na zginanie, EB, model obliczeniowy Model obliczeniowy Do obliczeniowej analizy odkształceń i nośności zginanych elementów żelbetowych wzmocnionych materiałami CFRP zastosowano model nieliniowej analizy żelbetowych elementów prętowych według profesorów Kamińskiej i Czkwianianca [1], w którym uwzględnia się tylko naprężenia normalne oraz przyjmuje: nieliniową zależność σ-ε dla betonu strefy ściskanej, doświadczalne zależności σ-ε dla stali zbrojeniowej i kompozytów CFRP, zasadę tension stiffening oraz założenie, że rysy prostopadłe do osi pręta są rozmyte na jego długości, zasadę zachowania płaskiego przekroju. W obliczeniach rozważono przekrój żelbetowy wzmocniony zewnętrznym zbrojeniem kompozytowym CFRP, przyklejonym na dolnej powierzchni tego przekroju (Rys. 1). Przekrój zostaje podzielony na wysokości na warstwy. Ten podział dotyczy betonu w strefie ściskanej i rozciąganej. Stalowe zbrojenie ściskane i rozciągane oraz taśma CFRP są traktowane jako odrębne warstwy o zadanym położeniu i polu przekroju. Rys. 1. Odkształcenia, naprężenia i siły w żelbetowym przekroju podzielonym na warstwy Obciążenie zewnętrzne jest wyznaczane z warunków równowagi sił i momentów w przekroju, dla kolejnych stanów jego odkształcenia. Za nośność przekroju przyjmuje się takie obciążenie, przy którym zostają osiągnięte graniczne odkształcenia któregoś z materiałów: betonu ε cu, stali ε su lub odkształcenie taśmy dolnej ε p,test, odpowiadające jej odspojeniu od powierzchni betonu. Model obliczeniowy zastosowano już wcześniej do obliczeniowej weryfikacji badań żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP [1, 2], uzyskując bardzo dobrą zgodność wyników obliczeniowych Rys. 2. Wygląd okna dialogowego programu 19

22 PT 1 Nowoczesne metody oceny bezpieczeństwa i użytkowalności konstrukcji i doświadczalnych. Model rozbudowano o wstępnego naprężenia taśmy co w przypadku wzmocnienia czynnego pozwoliło uwzględnić naprężenia taśmy na odkształcalność przekroju. Model obliczeniowy wykorzystano do stworzenia programu obliczeniowego z przyjaznym interfejsem, umożliwiającym wprowadzanie danych dla elementów o różnych przekrojach i w różny sposób zbrojonych (w kilku poziomach na wysokości przekroju, Rys. 2). W programie istnieje możliwość wprowadzania doświadczalnej charakterystyki wytrzymałościowej zbrojenia stalowego i kompozytowego. Porównanie wyników badań z modelem obliczeniowym Porównanie doświadczalnych wykresów obciążenie w funkcji krzywizny z wykresami obliczeniowymi, potwierdza zgodność przyjętego modelu. Nachylenie wykresów obliczeniowych i doświadczalnych jest jednakowe w całym zakresie obciążeń, podobnie jak punkty na wykresach odpowiadające zarysowaniu belki i uplastycznieniu zbrojenia zwykłego. Do analizy porównawczej (Rys. 3) wykonano obliczeniowe wykresy belki wzmocnionej taśmą o tej samej charakterystyce wytrzymałościowej i wymiarach co w belce wzmocnionej czynnie oraz beli świadka (niewzmocnionej). Na wykresach belki wzmocnionej naprężoną taśmą wyraźnie widać moment aplikacji wzmocnienia, charakteryzujący się spadkiem wartości krzywizny przy stałym obciążeniu belki, odpowiadającym jej wytężeniu podczas wzmacniania. Na obliczeniowych wykresach belek wzmocnionych biernie i czynnie zaznaczono przedział odpowiadający odspojeniu taśmy od powierzchni betonu. Granice tego przedziału odpowiadają odkształceniom taśmy równym 6 i 8, określonym na podstawie wyników badań doświadczalnych elementów wzmocnionych biernie [1, 2]. Podobne wartości przyrostu odkształceń taśmy od samej jej aplikacji na powierzchni betonu, uzyskano w belkach wzmocnionych czynnie [3]. Rys. 3. Porównanie doświadczalnych i obliczeniowych wykresów obciążenie krzywizna dla elementów P05 i P06 wraz z odpowiadającymi obliczeniowymi wykresami dla elementów niewzmocnionych i wzmocnionych biernie. Literatura [1] Kamińska M. E., Kotynia R.: Doświadczalne badania żelbetowych belek wzmocnionych taśmami CFRP. Badania doświadczalne elementów i konstrukcji betonowych, Z. 9, Wyd. Kat. Bud. Bet. PŁ, Łódź [2] Kotynia R., Kamińska M. E.: Odkształcalność i sposób zniszczenia żelbetowych belek wzmocnionych na zginanie materiałami CFRP. Badania doświadczalne elementów i konstrukcji betonowych, Z. 13, Wyd. Kat. Bud. Bet. PŁ, Łódź [3] Kotynia R., Lasek K., Staśkiewicz. M.: O wpływie poziomu obciążenia i wzmocnienia naprężonymi taśmami CFRP na nośność i odkształcalność belek żelbetowych. Zeszyty Naukowe Politechniki Łódzkiej Nr Budownictwo, Z. 63/2011, Łódź