PRO-SIS
Specifični cilj: SC1 - Razvoj in izboljšanje raziskovalne in inovacijske zmogljivosti ter uvajanje naprednih tehnologij
Tipologija: Kapitalizacijski projekt
V okviru projekta CONSTRAIN so bile razvite intervencijske strategije za zmanjšanje potresne ranljivosti obstoječih zidanih stavb, njihova učinkovitost pa je bila preverjena z obsežno eksperimentalno kampanjo. Predlagane strategije v osnovi omogočajo znatno zmanjšanje potresne ranljivosti s posegi, ki se izvajajo zunaj stavb, ne da bi bilo treba premikati ljudi in stvari znotraj stavb, kar pomeni znatne ekonomske prihranke, predvsem pa neugodje za ljudi.
Na ta način dosežemo velike finančne prihranke, še bolj pomembno pa je, da je poseg bistveno bolj prijazen za stanovalce. V predlaganem projektu nameravamo razviti metodologijo oz. smernice za projektiranje in jo uporabiti na dejanskih stavbah, ki so predvidene za potresno utrditev. Analitični in numerični postopki bodo preverjeni in kalibrirani na že opravljenih preiskavah v projektu CONSTRAIN.
V začetni fazi projekta sta obe sodelujoči univerzi izdelali nove algoritme oz. postopke za projektiranje potresne utrditve, ki je bila raziskana v sklopu projekta CONSTRAIN (sliki 1 in 2). V sklopu aktivnosti smo zbrali in analizirali rezultate testov potresne odpornosti utrjenih zidnih slopov in prekladnih zidov v ravnini, testov odpornosti zidovja in vodoravnih zidnih vezi na obtežbo izven ravnine.
Slika 1: Potresno utrjevanje kamnitega zidovja po postopku CONSTRAIN: a) dvostranska in b) enostranska utrditev.
Slika 2: Potresno utrjevanje opečnega zidovja po postopku CONSTRAIN: a) dvostranska utrditev dvoslojnega zidu, b) enostranska utrditev enoslojnega zidu in c) enostranska utrditev dvoslojnega zidu.
Na podlagi analize rezultatov testiranj smo razvili analitične modele za oceno odziva utrjenega zidovja (slika 3). Za projektante smo pripravili preproste zveze s katerimi lahko ocenijo nosilnost utrjenih zidov. Rezultati so zbrani v poročilu 1.1. Analitični modeli za utrjene konstrukcije.
Slika 3: Primerjava analitičnih modelov in eksperimentalnih rezultatov za a) slope in b) prekladne zidove iz projekta CONSTRAIN .
V nadaljevanju smo razvili detajlne numerične modele za za simulacijo potresnega obnašanja zidov v dveh različnih programskih okoljih. Univerza v Trstu je uporabila programsko okolje OOFEM, Univerza v Ljubljani pa Abaqus SIMULIA. OOFEM je odprtokodni program za končne elemente, v katerem smo zidovje modelirali s srednjo ravnjo natančnosti kot večplastno zidovje, da smo lahko upoštevali maltno oblogo in steklena vlakna s katero je obloga armirana. Model v Abaqusu je bil bolj natančen, in je temeljil na uporabi različnih prostorninskih končnih elementov za različne materiale. Obe univerzi sta tesno sodelovali pri izbiri in vrednosti uporabljenih materialnih parametrov in pri validaciji numeričnih modelov na testih iz projekta CONSTRAIN (slika 4).
Slika 4: Numerična analiza v program OOFEM: a) numerični model slopa za analizo odziva na obtežbo v ravnini zidu in b) primerjava numeričnih simulacij in eksperimentalnega odziva slopa P-B2 iz projekta CONSTRAIN
Z uporabo kalibriranih modelov smo izvedli parametrične analize, s katerimi smo ocenili vpliv geometrije in robnih pogojev na učinkovitost potresnega utrjevanja (Slika 5). S parametričnimi analizami smo razširili obseg veljavnosti, ki smo ga dobili iz eksperimentov in dobili rezultate na hitrejši in cenejši način.
Slika 5: Analiza vpliva potresne utrditve na zidove z razmerjem višine proti dolžini 0,56 v program Abaqus: potisne krivulje sila pomik (levo) in koncentracije deformacij (desno). Sive krivulje na levem grafu predstavljajo odziv zidu z geometrijskim razmerjem 1,0.
Vzporedno smo izvedli analize na vedno bolj kompleksnih konstrukcijskih sklopih, da bi preverili razvito metodologijo projketiranja. Numerične simulacije smo izvedli na posameznih slopih in prekladnih zidovih, na portalih, enoetažnih in dvoetažnih stenah (slika 6) in na celotni stavbi (slika 7). Metodologija projektiranja temelji na računskem modelu nadomestnih okvirjev, ki smo ga uporabili za iste konstrukcijske sklope v neutrjenem in utrjenem stanju. Rezultati iz različnih računalniških programov so bili grafično prikazani, rezultati pa kritično ocenjeni in primerjani.
Slika 6: Nekaj primerov konstrukcijskih sklopov, ki smo jih preverili z analitičnimi računi in z računskim modelov z nadometnimi okvirji.
Rezultate komercialnih programov Midas Gen, PRO-SAP in 3Muri smo primerjali v aktivnosti, v Kateri so bili vključeni Univerza v Trstu, Fibre Net in GI ZRMK. Ti programi imajo različne variacije prisotpa, ki zahtevajo prilagoditev materialnih parametrov. Rezultati analiz so v poročilu 1.4. Materialni parametri za programe za projektiranje.
Fig.7 Potisne krivulje dvoetažne stavbe v neturjenem stanju (URM), z utrditvijo na eni strain (R1) in obeh straneh (R2).
Vsi partnerji smo sodelovali pri pisanju smernic za projektiranje, vgradnjo in vzdrževanja maltnih oblog CONSTRAIN. V smernicah so opisani postopki za določitev materialnih parametrov in različni primeri, vključno s podrobnim opisom postopka vgradnje. Dokument je razdeljen v poglavja, ki so namenjena različnim bralcem (lastnikom in investitorjem, projektantom in izvajalcem).
V zadnjem delu so partnerji naredili dva pilotna primera projektiranja potresne utrditve dejanskih stavb. V Italiji je pilotna stavba predstavljala večstanovanjsko stavbo zgrajeno v petdesetih letih prejšnjega stoletja, ki je v lasti upravljalca ATER iz Vidma. Tovrstna stavba je tipična za velik del stavbnega fonda iz tistega obdobja, saj so bile take stavbe zgrajene po naročilu Ministrstva za javna dela. V Sloveniji smo obravanavali stavbo v Ljubljani z zaščiteno zunanjo fasado in nekaj notranjimi freskami (Slika 8). Za obe stavbi smo zbrali tehnično dokumentacijo in originalne načrte, ter preverili stanje konstrukcije. Partnerji smo stavbi pregledali in preverili ujemanje z dokumentacijo.
Fig.8 Originalna slika fasade stavbe v Ljubljani.
V stavbi v Vidmu je bilo možno naresti porušne in-situ raziskave, s katerimi smo dobili dodatne podatke o karakteristikah materiala (slika 9). V stavbi v Ljubljani pa smo lahko naredili le vizualni pregled in oceno materialnih lastnosti iz podobnosti z drugimi stavbami iz tega obdobja. Rezultati preiskav in pregledov so zbrani v poročilu 3.2. Zbiranje tehnične dokumentacije o pilotnih stavbah in morebitni in-situ testi
Slika 9: In-situ preiskave: a) flat jack tlačni test in b) potiskanje zidaka.
Analize potresne odpornosti pilotnih stavb smo naredili v program Midas Gen za stavbo v Vidmu in 3 Muri za stavbo v Ljubljani. Rezultati kažejo, da imata stavbi v obstoječem stanju premajhno potresno odpornost.
Projekt utrditve za stavbo v Vidmu je bila narejen z tako, da bi čim manj vplival na stanovalce. Obloge smo dali tako le na površine izven stanovanj. V primeru stavbe v Ljubljani pa se je bilo potrebno prilagajati omejitvam zaradi ohranjanja elementov kulturne dediščine. Zato so se utrjevali zidovi v notranjosti, kjer bilo to dovoljeno. Predvideno je utrjevanja po tehnologiji CONSTRAIN, naredila pa se je celotna tehnična dokumentacija vključno z oceno stroškov.
V sklopu diseminacijskih aktivnosti je Univerza v Trstu sodelovala na dveh mednarodnih konferencah, kjer je pokazala prve rezultate:
- REHABEND Congresso “Construction Pathology, Rehabilitation Technology and Heritage Management” (7-9 maggio 2024): presentazione della memoria dal titolo “The strengthening of floor and roof masonry ring beams with fibre-based composite materials: experimental tests”;(link)
- HIVIB Symposium “16th International Symposium on Human-Induce Vibrations and Seismic Influencer on Structures” (15-18 maggio 2024): presentazione della memoria del titolo “Seismic performance of CRM strengthened masonry: from experiments to analytic approach” (link)
Tehnični seminarji bodo izvedeni v oktobru in novembru, o izvedbi pa bomo poročali na tej spletni strain. Tehnični seminarji so namenjeni:
- Strokovnim združenjem (inženirji) – 8 seminarjev po tri ure (4 v Italiji in 4 v Sloveniji)
- Izvajalcem, tehnikom, civilni zaščiti, širši javnosti - 6 seminarjev po 3 ure (3 v Italiji in 3 v Sloveniji).
