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
KódSP2015/131
Název projektuPravděpodobnostní posouzení ŽB mostovky vystavené působení chloridů s ohledem na rozdílné betonové směsi
ŘešitelLehner Petr Ing.
Školitel projektudoc. Ing. Petr Konečný, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2015 - 31.12.2015
Předmět výzkumuKoroze výztuže je jedním z hlavních problémů při ohrožení trvanlivosti železobetonových konstrukcí. Účinky posypových solí obsahujících chloridy mají významný vliv právě na započetí koroze výztuže u betonových mostů [1], [2], [3]. Pronikání chloridů je časově závislý difuzní proces, který může být popsán druhým Fickovým zákonem [4], [1]. Model [5] zohledňuje propagaci koroze i efekt zrání betonu, avšak pravděpodobnostní aplikace je omezená. Velká časová náročnost modelu [1] při aplikaci pravděpodobnostní metody Monte Carlo vedla autory k vytvoření vlastního zjednodušeného algoritmu a následně funkčního programu, který by výpočetní proces urychlil [6]. Pro programování bylo využito prostředí MatLab. Algoritmus popisuje průběh pronikání chloridů v železobetonové mostovce v rámci 2D nestacionární úlohy. Modelování vlivu časově závislého difuzního součinitele, který v této úloze vystupuje jako jediná materiálová charakteristika betonu, bylo provedeno v [7]. Součástí práce bylo porovnání různých příměsí ve vysokopevnostních betonech. U této analýzy chybí posudek trvanlivosti vyjádřený iniciací koroze. V článku [8] financovaném v rámci SGS SP2014/186 byly předvedeny výsledky koncentrace chloridových iontů v konkrétním místě řezu přímo pojížděné mostovky při aplikaci časově závislého a nezávislého difuzního součinitele a nechráněné ocelové výztuže. Byly zde využity směsi klasického a vysokopevnostního betonu [9]. V modelu představeném v [8] chybí možnost zavedení trhliny do konstrukce pomocí odlišné hodnoty difuzního součinitele. Dále je nasnadě určení alternativních okrajových podmínek, které by zohledňovaly funkčnost hydroizolace, asfaltu a jejich porušení. V rámci předchozího výzkumu byla provedena deterministická analýza trvanlivosti [10] všech dostupných betonových směsí [9]. Dalším logickým krokem je pravděpodobnostní a citlivostní analýza založená na poznatcích z diplomové práce [11].

LITERATURA:
[1]Konecny, P. - Tikalsky, P. J. - Tepke, D. G.: Performance Evaluation of Concrete Bridge Deck Affected by Chloride Ingress: Simulation-Based Reliability Assessment and Finite Element Modeling. Transportation Research Record. vol. 2020/2007, Transportation Research Board of the National Academies, ISSN: 0361-1981, Washington, DC, U.S.A.
[2]Tikalsky, P. J. - Pustka, D. - Marek, P.: Statistical Variations in Chloride Diffusion in Concrete. ACI Structural Journal. Vol. 102, No.3, 2005, pp.481-486.
[3] Vořechovská, D. - Podroužek, J. - Chromá, M. - Rovnaníková, P. - Teplý, B.: Modelling of Chloride Concentration Effect of Reinforcement Corrosion. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 24, 446-458., 2009.
[4]Hooton, R.D., Thomas, M.D.A. and Standish, K. Prediction of Chloride Penetration in Concrete, Federal Highway Administration, Washington, D.C., No. FHWA-RD-00-142, pp. 405., 2001.
[5]Bentz, E. - Thomas, M.D.A.: Life-365 Service Life Prediction Model, Computer Program for Predicting the Service Life and Life-Cycle Costs of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides, 2001.
[6]Lehner, P.: Numerical solution 2-D chloride diffusion problem using FEA, Ostrava, Bakalářská práce, fakulta Stavební, VŠB-TUO, 2012.
[7]Lehner, P. - Konečný, P. - Ghosh, P. - Tran, Q.: Numerical analysis of chloride diffusion considering time-dependent diffusion coefficient. International Journal of Mathematics and Computers in Simulations, 2014, roč. 8, s. 103-106. ISSN 1998-0159.
[8]Lehner, P., Konečný, P. Analysis of Durability of High Performance and Ordinary Concrete Mixtures with Respect to Chlorides, recenzní řízení Advances in Materials and Mechanics, 2014.
[9]Ghosh, P. - Tran, Q.: Correlation between Bulk and Surface Resistivity of Concrete. International Journal of Concrete Structures and Materials, Accepted Nov. 2014: DOI 10.1007/s40069-014-0094-z.
[10]Lehner, P., Konečný, P. Durability of Binary and Ternary Concrete Mixtures Considering Aging Effect, recenzní řízení ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2014.
[11]Lehner, P. Pravděpodobnostní analýza s využitím izoparametrických konečných prvků. Ostrava, Diplomová práce, fakulta Stavební, VŠB-TUO, 2013.
[12]MAREK, P., et al. (2003). Probabilistic Assessment of Structures using Monte Carlo simulation. Basics, Exercises Software. Prague, Czech Republic: ITAM Academy of Sciences, ISBN 80-86246-19-1, 2003.


PŘEHLED POUŽITÉ METODIKY:
Upravený difuzní model - difuzní model popisuje transportní proces pomocí parciálních diferenciálních rovnic. Model navazuje na předchozí práce [7], [8], [10], kde je využito programovací prostředí MatLab. Ve všech případech se jedná o nestacionární úlohu, která popisuje narůstání chloridů v čase. V modelu je zaveden časově závislý difuzní součinitele a jsou využity čtyřuzlové izoparametrické prvky. Díky tomu bude možno připravit úlohu simulující trhlinu v konstrukci pomocí odlišného difuzního součinitele v konkrétních konečných prvcích. Podobně by mělo být možno zavést další materiály, jako jsou asfalt a hydroizolace a simulovat reálnou konstrukci i s porušením.

Pravděpodobnostní analýza vlivu zrání betonu na pronikání chloridů - rámci pravděpodobnostního posudku budou aplikovány náhodně proměnné parametry do numerického modelu popisujícího difuzi chloridových iontů. K pravděpodobnostní analýze bude využito metody Monte Carlo. Při popisu vstupních parametrů bude použito useknutých histogramů dle metody SBRA – Simulation-Based Reliability Assessment [12]. V rámci projektu bude využit algoritmus [11], který vyvolává výpočetní model jako funkci a zavádí do něho vstupní data ve formě náhodně proměnných.

ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ:
Ing. Petr Lehner – příprava podkladů dle zmíněné metodiky, sepsaní článků, výjezd na konferenci.

PŘEDCHOZÍ DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ČLENŮ TÝMU:
1.Lehner, P., Konečný, P. Numerické řešení 2D difuze s využitím MKP. In Structura 2012 : II. ročník mezinárodní stavební konference : Ostrava, 8.-9.11.2012. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2012, s. 1-6.
2.Konečný, P., Ghosh, P., Lehner, P. Consideration of time-effect on the modeling of chloride diffusion in concrete. In Modelování v mechanice 2013 : sborník příspěvků vědecké konference : 22. a 23. května 2013, Ostrava, Czech Republic. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013, s. 1-7.
3.Lehner, P., Konečný, P. Analýza 2D difuze chloirdů pomocí metody konečných prvků s ohledem na model s časově závislým difuzním součinitelem. In Structura Stavební trendy 2013 : 3. ročník mezinárodní stavební konference : ekologie, energetika, bezpečnost, udržitelnost : sborník prací ke konferenci : Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, 7.11-8.11.2013. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013, s. 147-152.
4.Lehner, P., Konečný, P., Ghosh, P. Finite element analysis of 2-D chloride diffusion problem using FEA considering time-dependent diffusion coefficient model. In Proceeding of the international conferences : AMATH'13, DIMACOG'13, CSECS'13, IPPR'13, REMOTE'13, COSTMA'13, USCUDAR'13 : Budapest, Hungary, December 10-12, 2013. Cambridge : WSEAS Press, 2013, s. 1-4.

HARMONOGRAM ŘEŠENÍ:
únor - březen: úprava MKP modelu s ohledem na trhliny v betonu,
duben - červen: úprava MKP modelu s ohledem na simulaci hydroizolace pod asfaltem, případně epoxidové ochrany,
červenec - srpen: tvorba pravděpodobnostního algoritmu využívajícího vytvořené výpočetní modely a získání výsledků,
duben - říjen: příprava publikací,
listopad: konference, rezerva.
Členové řešitelského týmudoc. Ing. Petr Konečný, Ph.D.
Ing. Petr Lehner
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)CÍL PROJEKTU:
Projekt se zaměřuje na rozšíření numerického modelu difuze chloridů v železobetonové mostovce. Konkrétně na alternativní modelování trhliny změnou difuzního koeficientu, zavedení hydroizolace a asfaltu jako dalších materiálů, případně výztuže i s epoxidovým povlakem.
Součástí bude i pravděpodobností analýza s využitím všech dostupných dat založená na již publikované deterministické analýze.

OČEKÁVANÉ VÝSLEDKY:
Úprava numerického modelu dle požadavků.
Pravděpodobnostní studie vlivu složení betonu na iniciaci koroze při působení chloridů.

PUBLIKACE:
Příspěvek na konferenci: New Trends in Statics and Dynamics of Buildings 2015, Bratislava
Publikace D: AMM speciální vydání v rámci konference New Trends in Statics and Dynamics of Buildings 2015, Bratislava
Článek v časopise (Jsc): 1. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences ISSN: 1819-6608
2. SPRINGER International Journal of Concrete Structures and Materials ISSN: 1976-0485

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 náklady0,-4544,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek1000,-0,-
5. Služby5000,-12956,-
6. Cestovní náhrady11500,-0,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory7500,-7500,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady75000,-
Uznané náklady75000,-
Celkem běžné finanční prostředky75000,-75000,-