Schválené projekty 2019

Rozdělení přidělené dotace z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum po fakultách se zohledněním celoškolských pracovišť na rok 2019

Celková přidělená částka z MŠMT na specifický vysokoškolský výzkum na VŠB-TUO - 55 404 010 Kč

Z toho 0,18 % - 99 192 Kč - úhrada způsobilých nákladů spojených s organizací SGS

fakulta přidělená částka v Kč
FBI  1 433 100
EKF  3 711 635
FAST  2 600 000
FS   8 127 164
FEI 15 797 594
HGF   5 859 651
FMT  7 597 824
VC 10 177 850
CELKEM 55 304 818

KódSP2019/124
Název projektuStanovení únosnosti spoje kolíkového typu kulatiny a hraněného řeziva s přihlédnutím k variabilitě vlhkostí vzorků
ŘešitelDobeš Pavel Ing.
Školitel projektuprof. Ing. Antonín Lokaj, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2019 - 31.12.2019
Předmět výzkumuNavrhovaný projekt se zaměřuje na analýzu chování spojů kolíkového typu dřevěných konstrukcí, které jsou vystaveny statickému zatěžování. Výzkum bude založen na sérii experimentů na vzorcích kulatiny a hraněného řeziva s vloženým styčníkovým plechem a svorníkem zatěžovaných rovnoběžně s vlákny při různých vzdálenostech spojovacích prostředků od zatíženého konce a při různých vlhkostech dřevěných vzorků. V rámci výzkumu je při popisu chování spojů kladen důraz na srovnání experimentu s výpočetními metodami příslušné platné normy pro navrhování dřevěných konstrukcí a vliv vlhkosti vzorků na jejich reálnou únosnost.
Vybrané výsledky experimentu se porovnají s numerickými modely pomocí softwaru ANSYS Workbench (konkrétně bude vybrán jeden spoj hraněného řeziva a jeden spoj kulatiny). V rámci MKP modelování bude provedena GMNIA (geometrická, materiálově nelineární imperfektní analýza). Lokální geometrické imperfekce budou zjištěny na zkušebních vzorcích. Globální imperfekce vzhledem k rozměrům vzorků nebudou v analýze uvažovány. Materiálový model bude odvozen z výsledků nedestruktivních (měření hustoty a vlhkosti) a destruktivních zkoušek vzorků. Primární snahou numerického modelování proto bude zejména vyladit materiálový model s uvážením válcové ortotropie a plasticity dřeva v tlaku, a také kritéria porušení (předpokládá se užití Hoffmannova nebo Tsai-Wu kritéria), aby korespondoval s chováním reálných spojů až do jejich porušení. Nové poznatky poté bude možné v budoucnu použít pro numerické modely podobných dřevěných prvků a jejich spojů, a výrazně tak pomohou k jejich ověřování.

O aktuálnosti problematiky svědčí i několik výzkumných prací zahraničních i českých autorů:
Skupina švédských vědců H. Danielsson, R. Crocetti, P.J. Gustafsson a E. Serrano uveřejnila v roce 2016 na konferenci příspěvek [1], který se zabývá určováním únosnosti spojů na základě experimentu, numerického modelování a jejich srovnání s výpočtovými metodami v Eurokódu 5. Některé případy výpočtů únosnosti spojů dle normy nemusí být s přihlédnutím ke smykovému poškození spoje na konzervativní straně, což si říká o nutnost dalšího výzkumu v této oblasti, k čemuž by měl přispět i navrhovaný projekt.
Jiný švédský výzkumník J. Sjödin se zabýval výzkumem spojů s vloženým ocelovým plechem a několika spojovacími prostředky, zatěžovaných rovnoběžně s vlákny. Zkoumal vliv přídavných napětí, která jsou vyvolaná objemovými změnami vzorků vlivem vlhkosti, na únosnost spoje. Poznatky a výsledky z experimentálních měření a jejich srovnání s normovými postupy a numerickou analýzou jsou zaznamenány v jeho doktorských tezích [2]. Tato práce bude díky jisté podobnosti nápomocná při sestavování a vyhodnocování experimentu.
Tým japonských vědců M. Harada, Y. Hayashi, T. Hayashi, M. Karube, T. Ohgama publikoval příspěvek [3], kde se zabývají chováním spojů kolíkového typu na vzorcích surového dřeva a dřeva vysušeného v peci. Bylo zjištěno, že tuhost a únosnost spoje se výrazně mění se stupněm vysušení vzorků. Na základě tohoto podnětu se nabízí dále zkoumat chování spojů při vlhkostních poměrech, které korespondují s reálnými podmínkámi při zabudování prvků a spojů dřevěných konstrukcí v exteriéru, kde jsou vystaveny proměnlivým atmosférickým vlivům.
Kanadští výzkumníci H. Kiwelu, I. Smith, A. Asiz uveřejnili v roce 2014 na konferenci příspěvek [4], který se zabývá vlivem změn vlhkosti při prefabrikaci lepeného lamelového dřeva na únosnost a tuhost spojů z LLD s mechanickými spojovacími prostředky. Experimenty byly následně porovnány s numerickými modely. Uvedené metody lze evidentně užít s drobnými úpravami i pro rostlé dřevo. Pro navrhovaný projekt lze z této práce ve vztahu k numerickému modelování využít kritéria a podmínky porušení dřevěných materiálů.
Snahou je rovněž navázat na předchozí výzkumnou činnost zde na Fakultě stavební VŠB-TUO. Kolektiv autorů A. Lokaj, K. Klajmonová, D. Mikolášek, K. Vavrušová roku 2015 publikovali článek [5], který se zabývá srovnáním únosnosti svorníkového spoje s vloženým ocelovým plechem, jak u kulatiny, tak u hraněného řeziva, a to pro tahové namáhání při různých úhlech k vláknům, avšak vždy pro stejné umístění a počet spojovacích prostředků, a také při ustálené interiérové vlhkosti dřevěných prvků, což bude také v navrhovaném projektu v rámci experimentu variováno.
Problematika určování únosnosti spojů dřevěných konstrukcí a aplikace nových poznatků do evropských norem pro navrhování dřevěných konstrukcí (Eurokód 5) je neustále ve vývoji. K tomuto trendu by měl přispět i navrhovaný projekt, který se bude zaměřovat na popis a srovnání chování spojů u kulatiny a hraněného řeziva, a to při zatěžování rovnoběžné s vlákny, pro různé vzdálenosti krajního spojovacího prostředku od zatíženého konce při různých vlhkostech zkušebních vzorků. Právě díky této variabilitě zkušebních vzorků je možné projekt považovat za inovativní.

Citované články:
[1] Danielsson, H., Crocetti, R., Gustafsson, P.J. & Serrano, E., Brittle failure modes in nailed steel plate connections, WCTE 2016 - World Conference on Timber Engineering.
[2] Sjödin, J., Steel-to-timber dowel joints-Influence of moisture induced stresses, Växjö: Växjö University 2006.
[3] Harada, M., Hayashi, Y., Hayashi, T., Karube, M., Ohgama, T., Effect of moisture content of members on mechanical properties of timber joints, In: Journal of Wood Science (2005) 51:282–285, DOI 10.1007/s10086-004-0656-9.
[4] Kiwelu, H., Smith, I., Asiz, A., Finite element models of effects of moisture on bolt connection properties of glulam, WCTE 2014 - World Conference on Timber Engineering.
[5] Lokaj, A., Klajmonová, K., Mikolášek, D., Vavrušová, K., Behavior of round timber joints under tension load, In: Wood Research 2016. 61(3), pp. 819-830.

Popis experimentálního měření:
Bude využito výhradně zkušebních zařízení v prostorách experimentálního centra Fakulty stavební.
V rámci experimentu bude primárně testováno 36 vzorků (18 vzorků kulatiny a 18 vzorků hraněného řeziva). Zatěžovací zkouška bude provedena pro různé vzdálenosti krajního spojovacího prostředku od namáhaného konce (7d; 9d; 11d) a pro variabilní počáteční vlhkosti dřevěných vzorků, a to rovnoběžně s vlákny dřeva pomocí trhacího zkušebního zařízení, které umožňuje nastavit zatěžovací kroky (odlehčení, podržení zatížení), aby byly spoje zkoušeny v souladu s příslušnou normou. Požadované vlhkosti bude dosaženo umístěním vzorků do klimakomory po dostatečnou dobu.

Harmonogram projektu:
ÚNOR - BŘEZEN 2019 - nákup materiálu a všech pomůcek potřebných k provedení a vyhodnocení experimentu,
DUBEN - KVĚTEN 2019 - nařezání a navrtání vzorků na experiment
ČERVEN – ČERVENEC 2019 - příprava zkušebních vzorků v klimatické komoře (dosažení potřebné vlhkosti)
SRPEN 2019 - provedení experimentů (musí být prováděno v součinnosti s předchozím bodem)
ZÁŘÍ 2019 - vyhodnocení a porovnání naměřených dat s normovými výpočty
ZAŘÍ 2019 – LISTOPAD 2018 - MKP modelování a porovnání s výsledky experimentu
ŘÍJEN 2019 – PROSINEC 2018 - aktivní účast na konferenci, publikační činnost

Zapojení jednotlivých členů týmu:
Ing. Pavel Dobeš – odpovědný řešitel, řešena problematika zapadá do tématu disertační práce „Spoje dřevěných konstrukcí kolíkového typu při statickém i cyklickém namáhání“
Příprava a realizace experimentu, vyhodnocení naměřených dat, publikační činnost, účast na konferencích
Ing. Ondřej Miller - MKP modelování (osoba se školením na explicitní jevy v ANSYS Workbench)
Doc. Ing. Antonín Lokaj, Ph.D. – školitel, odborný konzultant, publikační činnost

Dosažené výsledky členů týmu:
Dobeš, P., Lokaj, A., Papesch, R., Kubzová, M. Bending stiffness of CLT Panels. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. ISSN 1819-6608. Odeslané a zaplacené, čeká se na vyjádření, zatím nepublikované. Výstup Jsc

Dobeš, P., Lokaj, A., Papesch, R., Poništová, L. Bending stiffness of selected types of glued I-beams made of wood-based materials. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. ISSN 1819-6608. Odeslané a zaplacené, čeká se na vyjádření, zatím nepublikované. Výstup Jsc

Dobeš, P., Lokaj, A., Papesch, R., Ohybová tuhost vybraných CLT panelů. Portál tzb-info.cz. 2018. Dostupné z: https://stavba.tzb-info.cz/drevostavby/17481-ohybova-tuhost-vybranych-clt-panelu

Zdůvodnění financí:
Stipendia - Ing. Pavel Dobeš (hlavní řešitel, časová náročnost při přípravě vzorků, experimentech, jejich vyhodnocování a publikační činnosti): 55 000,- Kč; Ing. Ondřej Miller (MKP modelování v ANSYS Workbench): 20 000,- Kč
Materiál (kulatina, hranoly na přípravu vzorků, spojovací prostředky) 7000,- Kč
Služby – Účast na konferenci (vložné, ubytování) 11000,- Kč; Publikace ve Wood Research 9000,- Kč; Realizace měření 2000,- Kč
Drobný hmotný majetek – Kč; SSD disk 1400,- Kč; Chladící podložka pod notebook 1000,- Kč; Laserové měřící zařízení 1500,- Kč; Osobní ochranné pomůcky 1500,- Kč
Cestovní náklady – doprava na konferenci a zpět 4000,- Kč
Členové řešitelského týmuIng. Pavel Dobeš
prof. Ing. Antonín Lokaj, Ph.D.
Ing. Ondřej Miller
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Cílem projektu je realizace experimentálního testování na vzorcích reálných rozměrů, naměřená data poté ověřit pomocí numerických modelů a srovnat s normovými postupy, které zatím nenabízí dostatečnou oporu pro spoje kulatiny. Dlouhodobým cílem výzkumu je ověřit, zda vztahy a postupy uvedené v příslušné normě určené pro spoje hraněného řeziva jsou použitelné i pro spoje kulatiny, a jak velkou roli při návrhu spojů hraje variabilita vlhkosti.

Očekávané výstupy:
1x výstup Jimp – článek v časopisu Wood Research – časopis zaměřený na výzkum v oblasti dřevěných konstrukcí, je možnost navázat na níže uvedené práce:
Lokaj, A.; Klajmonová, K.; Mikolášek, D.; Vavrušová, K. Behavior of round timber bolted joints under tension load. Wood Research. 2016, vol. 61, issue 5, p. 819-829. – možnost navázat na předchozí výzkumnou činnost školitele, důvod výběru uveden v předmětu výzkumu
Šmak, M.; Barnat, J.; Straka, B.; Kotásková, P.; Havířová, Z. Dowelled joints in timber structures experiment-design-realization. Wood Research. 2016, vol. 61, issue 4, p. 651-662. – důvodem výběru je možnost využít zde uvedené postupy při realizaci a vyhodnocování experimentu

1x mezinárodní konference - IASTEM - 695th International Conference on Civil and Architectural Engineering (ICCAE) will be held on 9th - 10th October, 2019 at Amsterdam, Netherland – konference zaměřená na stavebnictví obecně, tedy i na oblast dřevěných konstrukcí, příspěvky z konference nejsou veřejnosti volně přístupné, proto zde nemohou být uvedený příbuzné příspěvky

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. Stipendia75000,-75000,-
3. Materiálové náklady7000,-8397,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek5400,-0,-
5. Služby22000,-13390,-
6. Cestovní náhrady4000,-16613,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory12600,-12600,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady126000,-
Uznané náklady126000,-
Celkem běžné finanční prostředky126000,-126000,-