Schválené projekty 2015

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2015

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 52 908 039 Kč

Z toho 2.5% - 1 320 739 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakultapřidělená částka v Kč
FBI  1 172 500
EKF  4 962 700
FAST  3 070 000
FS  8 256 000
FEI 12 282 100
HGF  5 433 000
FMMI  6 188 000
VC 10 223 000
CELKEM 51 587 300
KódSP2015/108
Název projektuNumerický model pro řešení interakce základ – podloží na bázi MKP
ŘešitelVašková Jana Ing., Ph.D.
Školitel projektuprof. Ing. Radim Čajka, CSc.<br />
Období řešení projektu01.01.2015 - 31.12.2015
Předmět výzkumuROZBOR STAVU PROBLEMATIKY V ČR I VE SVĚTĚ:

V souvislosti s analýzou vzájemné interakce základových konstrukcí
s podložím je řadu let spojen rozvoj interakčních modelů [1, 2, 5]. Cílem a aplikací interakčního modelu je, co možná nejlépe vystihnout chování základové konstrukce a podloží [4, 6], což by umožnilo dostatečně spolehlivý a zároveň ekonomicky efektivní návrh základů. V současnosti neexistuje obecně platný model podloží, a proto se i výsledky řešení mohou lišit v závislosti na volbě modelu podloží, které jsou postupně zdokonalovány [3, 5, 6]. Složitost statického řešení spočívá především ve volbě výpočtového modelu, vlivu fyzikálně-nelineárního chování konstrukce a také spolupůsobení horní stavby se základovou konstrukcí. Hodnoty sedání základů vypočítané obvyklými metodami příliš neodpovídají skutečnému sedání základů. Proto se v České republice i ve světě provádějí experimentální měření za účelem zpřesnění metod výpočtů [1, 2, 4, 6].

Od nástupu výpočetní techniky se začaly uplatňovat numerické metody
a začaly se vyvíjet softwarové nástroje vhodné pro řešení interakce základů a podloží. Numerické modely vhodné pro analýzu interakce základ - podloží se v současnosti stále rozvíjejí a zdokonalují [5, 7]. Jedna z nejrozšířenějších numerických metod je univerzální variační metoda konečných prvků (MKP) [3, 7], která bude použita při řešení Studentské grantové soutěže (SGS). Při použití prostorových prvků v 3D modelech vytvořených na bázi MKP jsou výsledné hodnoty veličin ovlivněny řadou parametrů, kterými jsou např. velikost modelované oblasti, volba okrajových podmínek, hustota a tvar konečnoprvkové sítě, jak bylo dokázáno v [8]. Tento nedostatek byl odstraněn návrhem řešení výpočtu kontaktního napětí a sedání podloží na povrchu modifikovaného poloprostoru pomocí izoparametrických prvků a numerické integrace [3]. Zmíněné řešení bylo v minulosti navrženo školitelem projektu. Z důvodu malé kapacity zastaralých datových struktur je oblast navrženého řešení omezena na 64 prvků s 81 uzly. Původní řešení nesplňuje současné požadavky a nároky související s rozsahem úloh. Rychlý rozvoj výpočetní techniky umožňuje celkové rozšíření programu, a proto bude nově provedeno zásadní přepracování stávajících algoritmů i jednotlivých procedur do programovacího jazyka Delphi. Nově tedy bude možno řešit výrazně rozsáhlejší a komplexnější typy úloh, než je tomu v případě původního řešení.

Předmětem projektu je využití poznatků získaných během řešení předcházejícího výzkumného projektu podporovaného v rámci dlouhodobého koncepčního rozvoje vědy a výzkumu pro rok 2014, na něhož bude projekt Studentské grantové soutěže (SGS) navazovat. SGS bude rovněž navazovat na výsledky experimentálních zatěžovacích zkoušek probíhajících na zkušebním zařízení (tzv. Stand) vybudovaném v areálu FAST, VŠB - TU Ostrava. Hodnoty naměřené během experimentu budou srovnány s hodnotami získanými analýzou v programu MKPINTER, jehož algoritmus bude v rámci SGS přepracován do programovacího jazyka Delphi.


CITACE:

[1] Aboutalebi, M. – Alani, A. – Rizzuto, J. – Beckett, D.: Structural behaviour and deformation patterns in loaded plain concrete ground-supported slabs. Structural Concrete. 2014, roč. 15, č. 1, s. 81-93. ISSN 1464-4177, DOI 10.1002/suco.201300043.

[2] Alani, A. – Aboutalebi, M.: Analysis of the subgrade stiffness effect on the behaviour of ground-supported concrete slabs. Structural Concrete. 2012, roč. 13, č. 2, s. 102-108. DOI: 10.1002/suco.201100043.

[3] Čajka, R. - Numerical Analysis of Contact Pressure under Shallow Foundation. International Symposium on Shallow Foundations FONDSUP 2003, 2003, Paris, France, ISBN 2-7208-0355-3.

[4] Fedorovskii, V. – Shulyat´ev, S.: Construction of the Ukraina Hotel as an Example of Interaction between its Bed, Foundation, and Superstructure. Soil Mechanics & Foundation Engineering. Volume 50, Issue 6, 2014, Pages 242-250. DOI: 10.1007/s11204-014-9241-4.

[5] Gryczmanski, M., Analytical and numerical subsoil models for soil-foundation interaction problems, Studia Geotechnica et Mechanica
Volume 16, Issue 3-4, 1994, Pages 29-72, ISSN: 01376365.

[6] Huang, X. – Liang, X. – Liang, M. – Deng, M. – Zhu, A. – Xu, Y. – Wang, X. – Li, Y.: Experimental and theoretical studies on interaction of beam and slab for cast-in-situ reinforced concrete floor structure. Journal of Building Structures / Jianzhu Jiegou Xuebao. 2013, ISSN 1000-6869, Volume. 34, No. 5, p. 63-71.

[7] Sadecka, L. - Finite/infinite element analysis of thick plate on a layered foundation, Computers and Structures, Volume 76, Issue 5, 15 July 2000, Pages 603-610, DOI: 10.1016/S0045-7949(99)00180-7.

[8] Cajka, R. – Labudkova, J.: Dependence of deformation of a plate on the subsoil in relation to the parameters of the 3D model, International Journal of Mechanics, Volume 8, Pages 208-215, ISSN: 1998-4448, 2014.


PŘEHLED POUŽITÝCH METOD:

V původním programu MKPINTER je interakce počítána pomocí numerické integrace výpočtů napjatosti a sedání modifikovaného pružného poloprostoru pomocí strukturní pevnosti. Pro výpočet sedání a kontaktního napětí je použit jakobián transformace. Zmíněný princip výpočtu byl v rámci předchozích projektů již ověřen a bude tedy zachován. Původní procedury ovšem budou přepracovány a naprogramovány v programovacím jazyce Delphi. Při sestavování programu budou využity standardní programovací postupy. Verifikace výsledků získaných analýzou v nově vytvořeném algoritmu v Delphi bude provedena srovnáním s výsledky získanými původním algoritmem v programovacím jazyce Pascal. Výsledky získané analýzou v programu MKPINTER (s novým algoritmem) budou také srovnány s výsledky experimentálních metod používaných při zatěžovacích zkouškách probíhajících v areálu FAST, VŠB - TU Ostrava. Jedním ze srovnávacích případů bude železobetonová deska (2,0 x 2,0 x 0,12m), která byla zatěžována v dubnu 2014. Druhým ze srovnávacích případů bude drátkobetonová předpjatá deska (2,0 x 2,0 x 0,15m), jejíž zatěžovací zkouška je naplánována na březen 2015. V souvislosti se srovnáním výsledků experimentálního měření a numerického modelu, budou řešeny úlohy s větším počtem prvků a uzlů MKP, než by bylo možné s využitím původního algoritmu.


ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ TÝMU:

Prof. Ing. Radim Čajka, CSc. (školitel) - hlavní konzultant,
autor původních algoritmů a navrženého řešení v programu MKPINTER.


PŘEDCHOZÍ DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ČLENŮ TÝMU:

Cajka, R. – Labudkova, J.: Influence of parameters of a 3D numerical model on deformation arising in interaction of a foundation structure and subsoil. In: Proceedings of 1st International Conference on High-Performance Concrete Structures and Materials (COSTMA '13). Budapest, Hungary, December 10-12, 2013, ISSN 2227-4359, ISBN 978-960-474-352-0.

Cajka, R. – Labudkova, J.: Dependence of deformation of a plate on the subsoil in relation to the parameters of the 3D model, International Journal of Mechanics, Volume 8, Pages 208-215, ISSN: 1998-4448, 2014.

Cajka, R. – Labudkova, J.: Comparison of results of analyses the foundation slab calculated by two FEM programs, Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publications, ISSN 1660-9336 (in print).

Cajka, R. – Labudkova, J.: Fibre Concrete Foundation Slab Experiment and FEM Analysis. Key Engineering Materials, Vols. 627, (2015), pp 441-444, Trans Tech Publications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.627.441

Cajka, R. – Labudkova, J.: Comparison of results of analyses the foundation slab calculated by two FEM programs, Advanced Materials Research Vols. 1065-1069 (2015) pp 1052-1056), Trans Tech Publications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1065-1069.1052.

Labudkova, J. – Cajka, R.: Comparison of Measured Deformation of the Plate in Interaction with the Subsoil and the Results of 3D Numerical Model, Advanced Materials Research Vol.1020 (2014) pp 204-209, Trans Tech Publications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1020.204

Labudková, J. – Čajka, R.: Porovnání experimentálně naměřené deformace desky na podloží a výsledků 3D numerického modelu, Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, číslo 1, ročník XIV, řada stavební, ISSN 1213-1962, Ostrava, 2014

Fillo, L. – Labudková, J. – Hanzel, J. : Potrebná hrúbka lokálne podopretých dosiek, In: Sborník příspěvků Betonářské dny 2014, Hradec Králové, 2014. Hradec Králové: ČBS Servis, s.r.o., 2014, ISBN: 978-80-87158-34- 0.

Burkovic, K. – Fojtik, R. – Labudkova, J. – Buchta, V.: Verification of the feasibility and load carrying capacity of models of bored concrete piles, Advanced Materials Research, Trans Tech Publications, ISSN:1022-6680.
Členové řešitelského týmuprof. Ing. Radim Čajka, CSc.
Ing. Jana Vašková, Ph.D.
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)CÍL VÝZKUMU:

Hlavní náplní projektu je vytvoření software pro řešení rozsáhlých úloh interakce základových konstrukcí s podložím. Vytvořený software bude využívat stávající algoritmy programu MKPINTER. Původní procedury programu MKPINTER budou v moderním programovacím jazyce Delphi přepracovány a naprogramovány tak, aby se výrazně zvýšila kapacita řešených úloh. Součástí projektu je také vytvoření uživatelského rozhraní pro snadné a intuitivní ovládání programu. Výsledný program umožní prezentaci výsledků jak v textové, tak v grafické formě. Software umožní přesnější výpočet interakční úlohy mezi základem a podložím, kontaktních napětí v podzákladí, sedání podloží a napjatosti základových konstrukcí, což umožní dostatečně spolehlivý a zároveň ekonomicky efektivnější návrh základů, než je tomu doposud.


OČEKÁVANÉ VÝSTUPY:

• 2x publikace D (konference evidovaná ve Scopus nebo WoK);

Předpokládané zaslání příspěvku na následující konference:
- ICCET 2015 - 5th International Conference on Civil Engineering and
Transportation, Xiamen, China, 2015.

- ACEE 2015 - International Conference on Advances in Civil &
Environmental Engineering, Conference, Pulau Pinang, Malaysia, 2015
• 3x publikace Jsc (Scopus), popř. Jimp (WoK);

Články budou zaslány k redakčnímu řízení v časopisech:
- Acta Montanistica Slovaca
- Advances in Concrete Construction
- Computers and Concrete

• Využití v doktorské disertační práci (předpokládaný termín odevzdání –
akademický rok 2016/2017);
• Publikování a prezentace výsledků ve sborníku odborné tuzemské nebo
zahraniční konference (22. Betonářské dny 2015)


PŘIBLIŽNÝ ČASOVÝ PLÁN:

1 – 8/2015: Vývoj algoritmů vycházejících z původního MKPINTER,
publikační činnost.
8 – 10/2015: Ověření funkčnosti algoritmů vytvořených v Delphi, publikační
činnost.
10 – 12/2015: Provádění kontrolních výpočtů, aktivní účast na konferencích.

Rozpočet projektu - uznané náklady

NávrhSkutečnost
1. Osobní náklady
Z toho
0,-0,-
1.1. Mzdy (včetně pohyblivých složek)0,-0,-
1.2. Odvody pojistného na veřejné zdravotně pojištění a pojistného na sociální zabezpečení a příspěvku na státní politiku zaměstnanosti0,-0,-
2. Stipendia50000,-50000,-
3. Materiálové náklady100,-2247,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek1400,-0,-
5. Služby54200,-36534,-
6. Cestovní náhrady5000,-21919,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory12300,-12300,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady123000,-
Uznané náklady123000,-
Celkem běžné finanční prostředky123000,-123000,-