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

KódSP2019/144
Název projektuMechanické vlastnosti drátkobetonů pro numerické modelování interakce desky s podložím
ŘešitelMarcalíková Zuzana Ing.
Školitel projektuprof. Ing. Radim Čajka, CSc.<br />
Období řešení projektu01.01.2019 - 31.12.2019
Předmět výzkumuSOUČASNÝ STAV

Projekt je zaměřen na mechanické vlastnosti drátkobetonů [1], které jsou nutné pro numerické modelování interakce desky s podložím. Na základě laboratorních zkoušek budou navrženy vstupní data drátkobetonu pro numerické modely, které budou součásti disertační práce na téma „Stav napětí a deformace vláknobetonových kompozitů v interakci se zemním prostředím“. Výzkumná oblast modelování interakce základu s podložím spojuje oblast konstrukčního návrhu a geotechniky [2] a [10]. Tyto oblasti se vzájemně ovlivňují. Při návrhu konstrukce základové desky je důležité zohlednit vzájemné ovlivnění mezi části konstrukce spodní stavby (základ, podlaha), nosnou konstrukcí horní stavby vč. zatížení a podložím [11]. Výsledný stav napjatosti a zejména celkové deformace, pak závisí na tuhosti všech uvedených částí. Uvedené oblasti byla již věnována pozornost na VŠB-TU Ostrava, kde byl zjištěn významný přínos použití drátkobetonu pro řešenou úlohu interakce desky s podložím [1], [2] a [3]. Zvýšila se výrazně tuhost konstrukce a zmenšily se deformace ve srovnání s prostým betonem. Samotná složitost numerického modelování se však výrazně zvýšila použitím drátkobetonu, protože je nutné zohlednit fyzikální nelinearitu a znát podrobně mechanické vlastnosti, např. pevnost v tahu, a to nejlépe formou funkční závislosti na stupni vyztužení [3]. Touto oblastí se bude zabývat předložený projekt a to zejména pro vybrané typy zkouše. Jedná se o zkoušky v příčném tahu a pevnosti v tahu za ohybu. Dosavadní výzkum v ukončeném projektu GAČR 16-08937S na Fakultě stavební, VŠB-TU Ostrava se zaměřil pouze na jeden typ drátku. Mechanické vlastnosti drátkobetonu z odborné literatury se dají obvykle využít pouze v omezené míře[4].

U řešené úlohy interakce desky s podložím je nutné také zohlednit modelové nejistoty podloží [2] a kontaktní rozhraní mezi zeminou a deskou. Drátkobeton patří do skupiny kompozitních materiálů, které se liší zejména tvarem, délkou, materiálem použitých drátků a výběrem receptury pro beton [6]. Samotné mechanické vlastnosti drátkobetonů jsou pak velice rozdílné [7] a také rozsah popisných informací je jiný [8] a [9]. Z těchto důvodů se výzkum zaměří na dva typy drátků, které se budou lišit především tvarem a délkou. Za přínosy projektu můžeme považovat zkoušení pevnosti v tahu pro více variant drátkobetonu a také následné využití výsledků pro modelování interakce desky s podložím.


ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ TÝMU:

- Ing. Zuzana Marcalíková – odpovědný řešitel; řešená problematika patří do tématu disertační práce „Stav napětí a deformace vláknobetonových kompozitů v interakci se zemním prostředím“; hlavní činnosti: vyhodnocení a analýza dat, betonáž a zkoušení vzorků, publikace a prezentace výsledků (konference Fibre Concrete 2019)

- Ing. Lukáš Procházka – člen řešitelského týmu; hlavní činnosti: betonáž a testování vzorků, zpracování výsledků testů, publikace výsledků; doktorand na Katedře stavebních hmot a diagnostiky

- Ing. Zdeňka Neuwirthová - členka řešitelského týmu; hlavní činnosti: pomocné práce při betonáži vzorků a následně při zpracování dat, které budou využity pro numerické modely u úlohy interakce desky s podložím; doktorandka na Katedře konstrukcí; téma disertační práce je tematicky příbuzné řešenému projektu (Analýza betonových konstrukcí pomocí superpočítače a HPC)

- Prof. Ing. Radim Čajka, CSc. – školitel; odborný konzultant pro oblast modelování interakce desky s podložím

- Doc. Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D. – odborný konzultant pro oblast testování a vyhodnocení zkoušek drátkobetonu


POPIS EXPERIMENTÁLNÍHO ZKOUŠENÍ:

Výzkum bude založen na vyhodnocení série laboratorních zkoušek, které se zaměří na dva rozdílné typy drátků pro dávkování od 0 do 75 kg. Pro bližší popis pevnostních charakteristik drátkobetonu a zejména residuální tahové pevnosti u tříbodové zkoušky na ohyb jsou pro projekt zvoleny dva rozdílné typy drátků. Projekt se zaměří na zjištění rozdílů pro krátké drátky bez zakřivení a dlouhé drátky se zakřivením.

Pro výzkum bude využito zkušebních zařízení v prostorách Fakulty stavební, a to především Laboratoře stavebních hmot.

Celkově jsou naplánovány minimálně 3 série zkušebních vzorků.

Celkově bude testováno min. 50 vzorků.

Jedna série vzorků bude obsahovat:

- 3x krychle o rozměru 150x150 mm – stanovení pevnosti v tlaku,
- 6x krychle o rozměru 150x150 mm - pevnost v příčném tahu ( 3x kolmo na směr plnění, 3x rovnoměrně se směrem plnění),
- 6x trámec o rozměru 150x150x600 mm – stanovení pevnosti v tahu za ohybu - zkouška tříbodového ohybu.

Provádění zkoušek bude vycházet ze standardů a doporučení [13 - 17].

Samotné experimentální zkoušení zahrnuje přípravu forem, samotnou betonáž, odbedňování, čistění forem, ošetřování vzorků, zkoušení a také likvidaci vzorků a úklid.


CITOVANÉ ČLÁNKY:

[1] Hrubesova, E.; Mohyla, M.;Lahuta, H.;Bui, T.Q.;Nguyen, P.D.Experimental analysis of stresses in subsoil below a rectangular fiber concrete slab. Sustainability (Switzerland), Vol. 10, (2018), Iss. 7, 28 June 2018, Articlenumber 2216, https://doi.org/10.3390/su10072216

[2] 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, Vol. 8, pp. 208-215, ISSN: 1998-4448, 2014.

[3] Sucharda, O.; Bílek, V.; Šmiřáková, M.;Kubošek, J.; Čajka, R. Comparative Evaluation Of Mechanical Properties Of FibreReinforced Concrete And Approach To Modelling Of Bearing Capacity Ground Slab. Periodica Polytechnica: Civil Engineering, Vol. 61 (2017), Iss.. 4, pp. 972-986.https://doi.org/10.3311/PPci.10688

[4] Kurihara, N.; Kunieda, M.; Kamada, T; Uchida, Y.; Rokugo, K., Tensions of tening diagrams and evaluation of properties of steel fibre reinforced concrete, EngFract Mech, Vol. 65 (2000), pp. 235-245, https://doi.org/10.1016/S0013-7944(99)00116-2

[5] Katzer, J.;Domski, J.;Quality and Mechanical Properties of Engineered Steel Fibres Used as Reinforcement for Concrete. Construction and Building Materials, Vol. 34 (2012), pp. 243–48.

[6] Holschemachera, K.; Muellera, T.;Ribakov Y. Effect of steel fibres on mechanical properties of high-strength concrete, Materials& Design, Vol. 31 (2010), Iss. 5, May 2010, pp. 2604-2615, https://doi.org/10.1016/j.matdes.2009.11.025

[7] SaradarA. ; Tahmouresi, B.; Mohseni E.; Shadmani A.; Restrained Shrinkage Cracking of Fiber-Reinforced High-Strength Concrete, Fibers 2018, 6(1), 12; https://doi.org/10.3390/fib6010012


[8] Bokor, B.;Tóth, M.; Sharma, A. Fasteners in Steel Fiber Reinforced Concrete Subjected to Increased Loading Rates, Fibers 2018, 6(4), 93; https://doi.org/10.3390/fib6040093

[9] Saradar, A.; Tahmouresi, B.; Mohseni, E., Shadmani, A., Restrained shrinkage cracking of fiber-reinforced high-strength concrete, Fibers, Vol. 6 (2018), Iss. 1, 1 March 2018, Articlenumber 12 2 SP2019/144, Ing. Zuzana Marcalíková


DOSAVADNÍ VÝSLEDKY AUTORSKÉHO KOLEKTIVU:

[10] Marcalíková, Z.;Neuwirthová, Z.; Čajka, R., Parametric Study for Influence of Input Parameters for Analysis of Fibre Reinforced Concrete Slab-Soil Interaction. TRANSACTIONS OF VSB - TECHNICAL UNIVERSITY OF OSTRAVA CIVIL ENGINEERING SERIES. 2018, Vol. 18, Iss. 2, pp. 25-30, DECEMBER 2018. DOI: 10.31490/tces-2018-0012.

[11] Mateckova, P.; Kozielova, M.; Marcalikova, Z.; Pazdera L. Detection of Cracks in Concrete Slab on Subsoil Using Acoustic Emission and Numerical Modelling, In ICNAAM 2018, AIP (American Institute of Physics.

[12] Neuwirthová, Z., Marcalíková, Z., Čajka, R. Examining the results of the experimental solution with a focus to elastic effect area. . TRANSACTIONS OF VSB - TECHNICAL UNIVERSITY OF OSTRAVA CIVIL ENGINEERING SERIES. 2018, Vol. 18, Iss. 1, ISSN 1213-1962.


ZKOUŠENÍ DRÁTKOBETONU:

[13] Krátký, J., Trtík, K., Vodička, J. Drátkobetonové konstrukce, Informační centrum ČKAIT ve spolupráci s Českou společností pro beton a zdivo, Praha 1999

[14] Hanzlová, H., Veselý, V., Vodička, J. Nové české normy pro vláknobeton. Beton 16/2 (2016), 3–6.

[15] ČSN P 732350: Vláknobeton – Specifikace, vlastnosti, výroba a shoda. Předběžná česká technická norma. ÚNMZ, Praha, 2015.

[16] ČSN P 732352: Vláknobeton – Zkoušení ztvrdlého vláknobetonu. Předběžná česká technická norma. ÚNMZ, Praha, 2015.

[17] TP FC 1-1 Technické podmínky 1: Vláknobeton – Část 1: Zkoušení vláknobetonu, vyhodnocení destruktivních zkoušek a stanovení charakteristického pracovního diagram vláknobetonu pro navrhování vláknobetonových konstrukcí; ČVUT v Praze, Fakulta stavební, Katedra betonových a zděných konstrukcí, Praha 2007.


KONFERENČNÍ PŘÍSPĚVKY:

[18] Tipka, M, Vašková J Tensile properties of structural fibre reinforced concrete, In FibreConcrete 2017, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 246 012052, 2017

[19] Juhász, K. P.;et al. Effect of the loading rate on fibre reinforced concrete beams, In FibreConcrete 2017, IOP Conf. Ser.: Mater. Sci. Eng. 246 012040, 2017


HARMONOGRAM PROJEKTU:

LEDEN 2019 – Přípravné práce v laboratoři – příprava a čistění forem, nákup materiálu pro betonáž vzorků.

ÚNOR – DUBEN 2019 – Betonáž, odbednění a zkoušení vzorků v laboratoři. Celkem tři série vzorků, každá série bude zpracovávána jeden měsíc. První série pro množství drátků 0 kg/m3, druhá série pro množství drátků 40 kg/m3, třetí série pro množství drátků 75 kg/m3.

DUBEN – ČERVEN 2019 – Základní vyhodnocení zkoušek (tři série, každá série jeden měsíc). Stanovení pevnosti v tlaku (krychle), v příčném tahu (rovnoměrně, kolmo na směr plnění, v tahu za ohybu). Vytvoření grafické závislosti jednotlivých pevností pro množství drátků 0 – 75 kg/m3.

ČERVEN – ZÁŘÍ 2019 – Podrobné vyhodnocení zkoušek pro následné použití v numerickém modelu.

ZÁŘÍ – LISTOPAD 2019 – Publikační činnost.

PROSINEC 2019 – Zpracování závěrečná zprávy, uzavření SGS projektu (kontrola plánu SGS).

ZDŮVODNĚNÍ FINANCÍ:

STIPENDIA:

Ing. Zuzana Marcalíková (hlavní řešitel) – 79 000 Kč

- velká časová náročnost při betonáži a zkoušek včetně jejich vyhodnocování a publikační činnosti.
- příprava forem, betonáž, odbedňování, testování vzorků – 160 hod.
- vyhodnocení experimentů - grafická závislost pevnostních charakteristik pro různé množství drátků – 80 hod.
- příprava článku na konferenci včetně posteru a výjezd na konferenci Fibre Concrete 2019 – 100 hod.
- publikační činnost – článek v časopise v ang. jazyce – 160 hod.
- zpracovaní výsledků pro následné použití v numerických modelech – 100 hod.

Ing. Lukáš Procházka (spoluřešitel) – 17 000 Kč

- příprava forem, betonáž, odbedňování, testování vzorků – 100 hod.
- pomoc při vyhodnocení experimentů – grafické vyhodnocení zkoušek (pracovního diagramu, výpočet pevnostních charakteristik) – 20 hod.

Ing. Zdeňka Neuwirthová (spoluřešitel) - 8 000 Kč

- příprava forem, betonáž, odbedňování – 20 hod.
- zpracovaní výsledků pro následné použití v numerických modelech – 100 hod.

Celkem 104 000 Kč

MATERIÁLOVÉ NÁKLADY:

Materiál na zkoušky (kamenivo, cement, plastifikátor, drátky, upevňovací/manipulační prostředky a pomocné pracovní vybavení/nářadí, OOPP) 7000 Kč;
Kancelářské potřeby 1000 Kč

Celkem 8 000 Kč

SLUŽBY:

Publikační náklady – Journal - Fibers 12000, Konference – Konference Fibre Concrete 2019 - poplatek 8000 Kč; Zkoušky v laboratoři – Kalibrace 1000 Kč

Celkem 21 000 Kč

CESTOVNÉ:

Konference Fibre Concrete 2019 - 2000 Kč

Celkem 2 000 Kč

REŽIE: Doplňkové náklady 10% – 15 000 Kč
Členové řešitelského týmudoc. Ing. Vlastimil Bílek, Ph.D.
prof. Ing. Radim Čajka, CSc.
Ing. Zuzana Marcalíková
Ing. Zdeňka Neuwirthová
Ing. Lukáš Procházka
Specifikace výstupů projektu (cíl projektu)Cílem výzkumu je získat podrobné mechanické vlastnosti drátkobetonu v závislosti na stupni vyztužení. Rozptýlením výztuže v betonové směsi dochází k ovlivnění vlastností, a to zejména: pevnosti v tlaku, pevnosti v příčném tahu a pevnosti v tahu za ohybu. Tyto vlastnosti budou předmětem výzkumu. Rozdílný typ tahových zkoušek umožní vzájemné srovnání výsledků, což lze považovat za přínosy oproti současnému stavu u uvedených článků [7-9]. Poloha a orientace drátků vlivem betonáže se ve vzorcích ověří porovnáním zkoušek v příčném tahu kolmo a rovnoběžně na směr plnění. Takto získané parametry se dále využijí při modelovaní úlohy interakce desky s podložím.


PLÁNOVANÉ VÝSTUPY:

Fibers (ISSN 2079-6439; CODEN: FIBECU) databáze SCOPUS, Web of Science (ESCI – nemá impakt) https://www.mdpi.com/journal/fibers

10th International Conference FIBRE CONCRETE 2019, September 17-20, 2019 – Prague, Organizátor ČVUT a ČBShttp://concrete.fsv.cvut.cz/fc2019/


ODŮVODNĚNÍ VÝBĚRU VÝSTUPŮ:

Problémům mechanických vlastností drátkobetonu se věnují ve vybraném časopise FIBERS články [8] a [9]. Předložený výzkum a projekt tematicky navazuje na tyto články v oblasti testování mechanických vlastností. Projekt nově přináší do problematiky ověřování mechanických vlastností způsob testování. Provede se srovnání výsledků zkoušek v tahu (zkouška v příčném tahu, ohybová zkouška) a ověří se také vliv betonáže na orientaci a polohu vláken.

Vybrané příspěvky z předešlého ročníku konference FIBRE CONCRETE zaměřené na mechanické vlastnosti jsou [17] a [18]. Projekt může rozšířit znalosti o mechanických vlastnostech zkoumaných drátkobetonů.

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. Stipendia104000,-104000,-
3. Materiálové náklady8000,-10146,-
4. Drobný hmotný a nehmotný majetek0,-0,-
5. Služby21000,-13910,-
6. Cestovní náhrady2000,-6944,-
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,-