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

KódSP2019/140
Název projektuExperimentální a numerická analýza mechanických spojek obytných kontejnerů
ŘešitelMiller Ondřej Ing.
Školitel projektudoc. Ing. Vít Křivý, Ph.D.<br />
Období řešení projektu01.01.2019 - 31.12.2019
Předmět výzkumuPředmětem výzkumu je experimentální a numerická analýza zaměřená na vzájemné propojení obytných kontejnerů pomocí mechanických spojek. Ocelové kontejnery jsou vzájemně propojeny v rámových rozích pomocí mechanických spojek. Tyto mechanické spojky jsou osazeny do závěsných ok a jejich řízeným dotažením je vnesena předpínací síla. Mechanické spojka jsou dvojího typu - horizontální spojky a vertikální spojky. V programu ANSYS Workbench 19.2 budou provedeny a vyhodnoceny numerické modely mechanických spojek a jednotlivých sestav mechanických spojů pomocí geometricky a materiálově nelineární analýzy s uvážením imperfekcí (GMNIA). Následně budou provedeny experimentální testy v Experimentálním stavebním centru Fakulty stavební VŠB-TUO, které poslouží k ověření a validaci výstupních dat z GMNIA. Hlavním výstupem projektu bude stanovení základních charakteristik spoje, především určení únosnosti spoje a také stanovení rotační a translační tuhosti. Rovněž bude doporučen postup, jak reálné charakteristiky spoje zavést do prutových numerických modelů kontejnerových sestav. Prutové modely jsou výpočetně nenáročné, a proto se v obvyklých případech používají pro globální analýzu konstrukcí.

Rozbor stavu problematiky v ČR a ve světě:
Výzkum je zaměřen na navrhování a statické posuzování modulárních kontejnerových staveb. Modulární kontejnerový systém byl vyvinut za účelem rychlé a časově nenáročné výstavby [4]. Nosná konstrukce kontejnerů používaných ve stavitelství vznikla modifikací původních kontejnerů využívaných především v železniční a lodní dopravě. Modulární výstavba je založena na třech základních předpokladech, kterými jsou prefabrikace dílčích stavebních dílců na výrobní hale, mobilita pro jednoduchý transport dílce na staveniště a variabilita dílce pro vytvoření potřebné kompozice stavby. Moduly je možné spolu kombinovat a vytvářet tak různé sestavy podle potřeby účelu a místa stavby. Požadované dispoziční řešení a estetický vzhled konstrukce jsou dosaženy pomocí možnosti variace výplňových stěn mezi hlavními nosnými prvky jednotlivých kontejnerů, popřípadě jejich úplným vypuštěním. Nezbytnou podmínkou uplatnění výrobků v pozemním stavitelství je zajištění mechanické odolnosti a stability nosné konstrukce v souladu s požadavky platných norem.

Významným výrobcem modulárních kontejnerových staveb je společnost IMECON Containers, a.s. Tato společnost v roce 2018 zahájila spolupráci s Fakultou stavební VŠB-TUO (HS_221_1801). V rámci experimentálního a numerického modelování bylo zahájeno podrobné ověřování vodorovné tuhosti opláštěných stěn kontejnerů a únosnosti konstrukce v oblasti rámových rohů. Realizovaný výzkum směřuje především k získání potřebných informací o reálném působení modulárních kontejnerových staveb a k následným doporučením, jak zavést výsledky fyzikálních a numerických testů do prutových statických modelů běžně používaných při návrhu ocelových konstrukcí.

Statickou únosnost a tuhostní charakteristiky horizontálních a vertikálních spojů kontejnerů nelze vzhledem k jejich netypickému konstrukčnímu uspořádání stanovit pomocí standardních výpočetních postupů. Experimentální či podrobné numerické ověřování spojů kontejnerových sestav dosud nebylo v ČR ani v zahraniční realizováno (k problematice nebyly nalezeny žádné relevantní odborné publikace či články). K dispozici je větší množství odborných článků zabývajících se problematikou podrobného modelování spojů prvků ocelových konstrukcí. Například články [1], [2], [3] se zaměřují na statickou analýzu a stanovení deformační kapacity konstrukčních ocelových spojů pomocí metody konečných prvků. Posouzením konstrukčních ocelových spojů na úrovni napětí a poměrných přetvoření, v souladu s požadavky platných norem, se zabývá články [5],[6].


Citace:
[1] Jones, S.W., Kirby, P.A., Nethercot, D.A.. Effect of semi-rigid connections on steel column strength, 1980, Topics in Catalysis, 1 (1), pp. 38-46, doi: 10.1016/0143-974X(80)90007-3.
[2] Gödrich, L. et al. To prediction of the connection deformation capacity by component based finite element method. In Proceedings of the International Colloquium on Stability and Ductility of Steel Structures, SDSS 2016, pp. 197-204, ISBN: 978-929147133-1.
[3] Sabatka, L., Wald, F., Kabeláč, J., Gödrich, L., Navrátil, J. Component based finite element model of structural connections, Proceedings of the 12th International Conference on Steel, Space and Composite Structures 2014, pp. 337-344, ISBN: 978-981090077-9.
[4] Šabatka, L., Wald, F., Kabelác, J., Kolaja, D., Pospíšil, M. Structural analysis and design using component-based finite element model, 2015, J. Civ. Eng. and Arch, 9, pp. 895-901.
[5] Kalkin A. Quik Build: Adam Kalkin´s ABC of Container Architecture, London 2008.
[6] Virdi KS et al, 1999, Numerical simulation of semi-rigid connections by the finite element method, Report of Working Group 6, Numerical Simulation COST C1, Brussels Luxembourg.


Přehled použitých metod:
Geometrická a materiálově nelineární analýza s imperfekcemi bude provedena na numerických skořepinových modelech mechanických spojek a sestav spojů v programu ANSYS Workbench 19.2. Vlastnosti materiálu budou zavedeny do analýzy na základě výsledků tahových zkoušek realizovaných na odebraných vzorcích testovaných kontejnerů. Vstupní imperfekce budou určeny na základě stabilitní analýzy v souladu s doporučením normy EN 1993-1-5. Obsahem GMNIA bude stanovení základních charakteristik spoje, především určení únosnosti spoje a také stanovení rotační a translační tuhosti.

Experimentální zkoušky proběhnou na jednotlivých konfiguracích sestav spojů a mechanických spojek. Sestavy spojů charakterizují reálné konstrukční řešení spojů mezi kontejnery (dva přiléhající rámové rohy kontejnerů spojené mechanickou spojkou). Konfigurace sestav spojů jsou vytvořeny na základě hledaných fyzikálních vlastností jako je únosnost, rotační a translační tuhost. Pro provedení experimentu je nutné vytvořit testovací rám, který bude umístěn pod zatěžovacím lisem. Do rámu budou ukotveny jednotlivé konfigurace sestav a následně zatěžovány.

Celkem bude vytvořeno 15 sestav. K získání rotačních tuhostí bude potřeba 9 sestav se třemi konfiguracemi. Dalších 6 sestav bude použito k získání translačních tuhostí a bude obsahovat dvě konfigurace. Každá konfigurace bude mít tři sestavy a bude dána pozicí rámového rohu v kontejneru a typem mechanické spojky (pravý horní – levý horní, pravý spodní – levý spodní, typ mechanické spojky).
- 15 vzorků sestav (9 sestav pro stanovení rotační tuhosti a 6 sestav pro stanovení translační tuhosti)
- 15 vzorků mechanických spojek (5 vzorků horizontálních spojek, 5 vzorků vertikálních spojek a 5 vzorků vnitřních spojek)

Experimentální vzorky sestav budou zhotoveny v reálním měřítku, tj. na vyseparovaných částech kontejnerů z výrobního programu společnosti IMECON.

Pro experimentální ověřování budou využity lisy a trhací zařízení experimentálního centra. Vzorky dodá ve vlastní režii společnost IMECON Containers, a.s.


Zapojení členů týmu:
Ing. Ondřej Miller:
- tvorba numerických modelů
- návrh zkušebních vzorků a zkušebních sestav
- provedení experimentů
- vyhodnocení výstupních dat


Ing. Lenka Poništová:
- účast na experimentech
- pomoc při vyhodnocování výstupních dat


doc. Ing. Vít Křivý, Ph.D.:
- Školitel a vedoucí projektu


Dosažené výsledky členů týmu:
Ing. Ondřej Miller
1 x Jimp výstup

Poništová L., Fojtík R., Miller O., Stejskalová K., Lokaj A. Tuning of damping acceleration of the vertical vibration of the real timber footbridge. Journal of Civil Engineering and Management. ISSN 1392-3730. Odesláno, čeká se na vyjádření, zatím nepublikováno.

2 x Jsc výstup
Miller, O., Křivý, V., Mikolášek, D., Pařenica, P., Cuřín, R.. Static effects of modular structures made of containers. ARPN Journal of Engineering and Applied Science. ISSN 1819-6608. Odesláno, čeká se na vyjádření, zatím nepublikováno.
Poništová L., Lokaj A., Mikolášek D., Johanides M., Miller O., Stejskalová K. Analysis of the timber frame connection with dowel type mechanical metal fasteners. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. ISSN 1819-6608. Odesláno, čeká se na vyjádření, zatím nepublikováno.

Ing. Lenka Poništová
1 x D výstup
Vašková, V., Poništová, L., Fojtík, R. Dynamics effects on a wooden footbridge. MATEC Web of Conferences [online]. 2017, 107, DOI: 10.1051/matecconf/201710700012,ISSN: 2261236X.

3 x Jsc výstup
Poništová, L., Fojtík, R., Mareček, D., Vašková, V., Lokaj, A.. Response of wooden footbridge to the dynamic load. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 13(5), pp. 1943-1950, ISSN: 18196608.
Dostupné z: http://www.arpnjournals.org/jeas/research_papers/rp_2018/jeas_0318_6885.pdf

Poništová L., Lokaj A., Mikolášek D., Johanides M., Miller O., Stejskalová K. Analysis of the timber frame connection with dowel type mechanical metal fasteners. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. ISSN 1819-6608. Odoslané, čaká sa na vyjadrenie, zatiaľ nepublikované.

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. Odoslané, čaká sa na vyjadrenie, zatiaľ nepublikované.

1 x Jimp výstup

Poništová L., Fojtík R., Miller O., Stejskalová K., Lokaj A.. Tuning of damping acceleration of the vertical vibration of the real timber footbridge. Journal of Civil Engineering and Management. ISSN 1392-3730. Odoslané, čaká sa na vyjadrenie, zatiaľ nepublikované.

Zdůvodnění finančních požadavků:

Stipendia dle zákona č. 111/1998 sb., §91, odst. 2 písm. b),c),e):
Ing. Miller 60 000,- (v projektu se jedná o prakticky a teoreticky náročnou úlohu)
Ing. Poništová 30 000,-

Materiálové náklady:
Pracovní vybavení –drobné nářadí (2000,-)
Ocel na zatěžovací stolici (20 000,-)
Potřebné vybavení – měřící zařízení 20x tenzometry (8 000,-)

Služby:
Vložné a cestovné na konferenci SDSS 2019 (CZ) (12000,-)
Publikace v časopise Steel Construction (3000,-)
Členové řešitelského týmudoc. Ing. Vít Křivý, Ph.D.
Ing. Ondřej Miller
Ing. Lenka Kubíncová
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Hlavním cílem výzkumu bude stanovení základních charakteristik řešených spojů. Jedná se především o určení únosnosti a také stanovení rotační a translační tuhosti. Aby toho mohlo být dosaženo, je potřeba provést GMNIA analýzu a experimentální zkoušky řešených spojů. GMNIA bude provedena na numerických skořepinových modelech spojů vytvořených v programu ANSYS WORKBENCH 19.2. Experimentální zkoušky proběhnou v Experimentální stavebním centru VŠB. Podle naměřených dat z experimentů bude odlaďován numerický model, tak aby se jeho statické chování nejvíce blížilo experimentu. Rovněž bude doporučen postup, jak reálné charakteristiky spoje zavést do prutových numerických modelů kontejnerových sestav. Prutové modely jsou výpočetně nenáročné, a proto se v obvyklých případech používají pro globální analýzu konstrukcí.

Očekávané výstupy:
• podání 1 článků do časopisu Jsc (Steel Construction):
Daný časopis se zabývá ocelovými konstrukcemi a problematikou spojenou s jejich navrhováním a posuzováním. Jednou publikací z časopisu [1], která se zabývá posuzováním ocelových konstrukcí dle EC3, metodami strukturální analýzy a pevnosti konstrukčních prvků. Ve druhém článku [2], se kolektiv autorů zabývá chováním a statickou analýzou ocelových polotuhých rámových rohů. Obě publikace přímo souvisejí s tématem projektu.
[1] TRAHAIR, N.S., Trends in the code design of steel framed structures. Advanced Steel Construction, 2018, 14(1), pp. 37-56., ISSN: 1816112X, DOI: 10.18057/IJASC.2018.14.1.3.
[2] YU, J.G., HAO, J.P.. Behaviour of semi-rigid steel frames with steel plate shear walls. Advanced Steel Construction, 2016, 12(2), pp. 154-173., ISSN: 1816112X, DOI: 10.18057 / IJASC.2016.12.2.5.
• podání 1 publikací D (konference THE INTERNATIONAL COLLOQUIUM ON STABILITY AND DUCTILITY OF STEEL STRUCTURES 2019, Praha)
Konference je zaměřená všeobecně na ocelové konstrukce a jejich stabilitu a duktilitu. Příspěvky z konference jsou publikovány ve SCOPUSU.
• podklady pro disertační práci

Harmonogram:
leden až květen – vytvoření numerických modelů v programu ANSYS Workbench 19.2, návrh a realizace experimentálních vzorků
červen až září – realizace experimentálních testů v Experimentálním stavebním centrum VŠB
říjen až prosinec – validace numerických modelů na základě naměřené dat a kompletní zpracovaní výsledků, publikační činnost

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. Stipendia90000,-90000,-
3. Materiálové náklady30000,-17907,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-9918,-
5. Služby15000,-11274,-
6. Cestovní náhrady0,-5901,-
7. Doplňkové (režijní) náklady max. do výše 10% poskytnuté podpory15000,-15000,-
8. Konference pořádané VŠB-TUO k prezentaci výsledků studentského grantu (max. do výše 10% poskytnuté podpory)0,-0,-
9. Pořízení investic0,-0,-
Plánované náklady150000,-
Uznané náklady150000,-
Celkem běžné finanční prostředky150000,-150000,-