Seizmička izolacija osnove građevine s uporabom prirodnih materijala - testiranje s potresnom platformom i numeričko modeliranje

 

Seismic base isolation of a building
by using natural materials -
shake table testing
and numerical modeling

Ovaj projekt je financirala Hrvatska zaklada za znanost pod brojem IP-06-2016-5325.
Članovi istraživačke grupe zahvalni su na potpori.


Sažetak projekta

Primarni cilj projekta je kreiranje i eksperimentalna provjera inovativnog koncepta za smanjenje potresnih sila na niže i srednje visoke građevine pomoću aseizmičkog sloja od prirodnih materijala ispod temelja. Predviđena su dva rješenja takvog sloja. Nakana je da takav koncept bude dostatno efikasan, racionalan i jednostavan za realizaciju, te da nađe široku praktičnu primjenu. Najprije bi se eksperimentalno testirala efikasnost predviđenih aseizmičkih slojeva na modelu potpuno krute zgrade, varirajući više njihovih tehničko-tehnoloških parametara, s ciljem da se na građevinu prenesu što manja potresna ubrzanja (sile). Prvi aseizmički sloj je predviđen samo iz prirodnih kamenih oblutaka, a drugi od prirodnih kamenih oblutaka u kombinaciji s tankim slojem „kliznog“ materijala. 

Potom bi se eksperimentalno ispitalo ponašanje realnih zgrada s prethodno navedenim aseizmičkim slojevima pri različitim potresima. Koristili bi se pojednostavljeni umanjeni modeli zgrada koji dobro simuliraju njihove dinamičke karakteristike. Testirala bi se četiri jednostupnjevna modela različite krutosti, simlirajući ponašanje građevina različite krutosti. Isti modeli zgrada bi se testirali i za slučaj bez aseizmičkog sloja, kako bi se mogla provjeriti efikasnost predviđene seizmičke izolacije.

Ako bi rezultati istraživanja potvrdili očekivanja, predloženi koncept seizmičke izolacije imao bi sljedeće prednosti u odnosu na uobičajenu seizmičku izolaciju pomoću diskretnih, tehnički složenih i skupih naprava: racionalnost, jednostavnost, trajnost, proširenje tržišta, prihvatljivost za siromašnije zemlje i sl.

Jedan od ciljeva projekta je razvoj numeričkog modela za pouzdanu seizmičku analizu ravninskih konstrukcija s predviđenom aseizmičkom izolacijom, kao i prijedlog jednostavnih inženjerskih izraza za proračun kapaciteta posmične nosivosti i deformabilnosti aseizmičkog sloja.

Smatra se da bi uspješna realizacija predloženog projekta dala vrijedan doprinos razvoju znanosti i prakse u predmetnom području.


Sudionici na projektu

Projektni tim čine istraživači s Fakulteta građevinarstva, arhitekture i geodezije u Splitu (FGAG Split) te s nekoliko institucija u inozemstvu:

  • prof. dr. sc. Jure Radnić (FGAG Split, Hrvatska)
  • prof. dr. sc. Amr S. Elnashai (College of Engineering, The Pennsylvania State University, SAD)
  • prof. dr. sc. Atilla Ansal (Özyeğin University, School of Engineering, Istanbul, Turska)
  • prof. dr. sc. Domagoj Matešan (FGAG Split, Hrvatska)
  • doc. dr. sc. Nikola Grgić (FGAG Split, Hrvatska)
  • dr. sc. Goran Baloević (FGAG Split, Hrvatska)
  • Ivan Banović (FGAG Split, Hrvatska)

Voditelj projekta prof. dr. sc. Jure Radnić je priznati stručnjak s velikim iskustvom u području projektiranja, numeričkog modeliranja i eksperimentalnog ispitivanja konstrukcija (uključujući područje potresnog inženjerstva i dinamike konstrukcija), te edukacijskom (nastavnom) radu. Autor je potresne platforme kojom bi se vršila predložena eksperimentalna istraživanja i ima više već realiziranih sličnih projekata. On će planirati i voditi predloženo istraživanje te aktivno sudjelovati u svim fazama njegove realizacije.

Prof. dr. sc. Amr S. Elnashai je priznati svjetski stručnjak u području potresnog inženjerstva i dinamike konstrukcija. Dekan je Odjela za inženjerstvo na Pennsylvania State University. Također je utemeljitelj i glavni urednik časopisa Journal of Earthquake Engineering i član British Royal Academy of Engineering. Sudjelovat će u osmišljavanju i kreiranju predviđene seizmičke izolacije građevina, rješavanju problematike modelskog ispitivanja i diseminaciji rezultata istraživanja.

Prof. dr. sc. Atilla Ansal je poznati svjetski stručnjak u području geotehničkog potresnog inženjerstva. Profesor je na sveučilištu Özyeğin, Istanbul, kao i gostujući profesor na brojnim vodećim sveučilištima u svijetu. Predsjednik je Europske udruge za potresno inženjerstvo i inženjersku seizmologiju te glavni urednik časopisa Bulletin of Earthquake Engineering. Sudjelovat će u osmišljavanju i kreiranju predviđenih aseizmičkih slojeva tla, rješavanju problema modelskog ispitivanja vezanog problema tlo-konstrukcija i diseminaciji rezultata istraživanja.

Prof. dr. sc. Domagoj Matešan je iskusni istraživač u području numeričkog modeliranja ponašanja konstrukcija pod statičkim i dinamičkim opterećenjem. Sudjelovat će u izradi numeričkog modela za simulaciju ponašanja konstrukcija sa seizmičkom izolacijom baze i diseminaciji rezultata istraživanja.

Poslijedoktorandi dr. sc. Nikola Grgić (disertacija: Eksperimentalno ispitivanje i numeričko modeliranje ponašanja vitkih armiranobetonskih stupova u seizmičkim uvjetima) i dr. sc. Goran Baloević (disertacija: Eksperimentalno ispitivanje i numeričko modeliranje betonskih i čeličnih okvira sa zidanom ispunom pod statičkim i dinamičkim opterećenjem) imaju iskustva u provedbi sličnih istraživačkih projekata pomoću potresne platforme, u izradi modela za ispitivanje i provedbi ispitivanja (upravljanje platformom), mjerenjima i obradi rezultata mjerenja. Sudjelovat ćei u projektiranju i realizaciji aseizmičkih slojeva i modela zgrada, provedbi svih ispitivanja pomoću potresne platforme, obradi rezultata ispitivanja i diseminaciji rezultata istraživanja.

Doktorand Ivan Banović, mag. ing. aedif. ima temu doktorske disertacije u području seizmičke izolacije građevina. Predviđeno je da sudjeluje u svim fazama realizacije projekta.


Ciljevi projekta

  1. Iznalaženje efikasnog i široko primjenjivog riješenja za smanjenje potresnih sila na građevine pomoću kontinuirane seizmičke izolacije ispod njihovih temenja, kako bi one bile što racionalnije (jeftinije) u izgradnji, što sigurnije pri potresu, sa što manjim oštećenjima pri potresu (racionalnije održavanje) te sa što manjim pomacima pri potresu (povećavanje kvalitete uporabe, tj. smanjenje neugodnog psihološkog osjećaja korisnika građevine pri potresu).
  2. Iznalaženje dva efikasna aseizmička sloja ispod temelja građevine od prirodnih materijala (inovativni koncept), s ciljem da dostatno smanje potresne sile na građevine (barem 15 %), kako bi one mogle ispuniti očekivanja navedena u cilju 1. Jedan aseizmički sloj bio bi samo od prirodnih kamenih oblutaka, a drugi od prirodnih kamenih oblutaka u kombinaciji s drugim prirodnim ili nekim jeftinim materijalima.
  3. Eksperimentalni dokaz pomoću potresne platforme da prethodno navedeni aseizmički slojevi mogu dostatno smanjiti potresne sile na građevine.
  4. Prijava barem jednog patentnog prijedloga za tehničko-tehnološka riješenja razmatranih aseizmičkih slojeva.
  5. Poticaj na daljna znanstvena istraživanja s primjenom prirodnih i jeftinijih materijala za seizmičku izolaciju osnove građevine.
  6. Razvoj nelinearnog numeričkog modela za pouzdanu seizmičku analizu građevina s aseizmičkim slojem od prirodnih materijala ispod temelja, te prijedlog jednostavnih izraza za pojednostavljeni inženjerski proračun generiranih horizontalnih potresnih sila i pomaka građevina s predloženom seizmičkom izolacijom.
  7. Objava rezultata istraživanja u prestižnim svjetskim časopisima
  8. Jačanje znanstvene suradnje s vodećim stranim znanstvenicima iz područja dinamike konstrukcija i potresnog inženjerstva.
  9. Doprinos osposobljavanju mladih znanstvenika.