Řešené projekty

Název projektuAktualizace a vývoj algoritmů numerického modelu pro řešení interakce základ – podloží na bázi MKP
KódSP2016/140
Předmět výzkumuROZBOR STAVU PROBLEMATIKY V ČR I VE SVĚTĚ: V souvislosti s analýzou vzájemné interakce základových konstrukcí s podložím je řadu let spojen rozvoj interakčních modelů [1, 2, 5]. Cílem a aplikací interakčního modelu je, co možná nejlépe vystihnout chování základové konstrukce a podloží [4, 6], což by umožnilo dostatečně spolehlivý a zároveň ekonomicky efektivní návrh základů. V současnosti neexistuje obecně platný model podloží, a proto se i výsledky řešení mohou lišit v závislosti na volbě modelu podloží, které jsou postupně zdokonalovány [3, 5, 6]. Hodnoty sedání základů vypočítané obvyklými metodami příliš neodpovídají skutečnému sedání základů. Proto se v České republice i ve světě provádějí experimentální měření za účelem zpřesnění metod výpočtů [1, 2, 4, 6]. Numerické modely vhodné pro analýzu interakce základ - podloží se v současnosti stále rozvíjejí a zdokonalují [5, 7]. Jedna z nejrozšířenějších numerických metod je univerzální variační metoda konečných prvků (MKP) [3, 7], která bude použita při řešení Studentské grantové soutěže 2016 (SGS). Při použití prostorových prvků v 3D modelech vytvořených na bázi MKP jsou výsledné hodnoty veličin ovlivněny řadou parametrů, kterými jsou např. velikost modelované oblasti, volba okrajových podmínek, hustota a tvar konečnoprvkové sítě, jak bylo dokázáno v [8]. Tento nedostatek byl odstraněn návrhem řešení výpočtu kontaktního napětí a sedání podloží na povrchu modifikovaného poloprostoru pomocí izoparametrických prvků a numerické integrace [3]. Zmíněné řešení bylo v minulosti navrženo školitelem projektu. Z důvodu malé kapacity zastaralých datových struktur je oblast navrženého řešení omezena na 64 prvků s 81 uzly. Původní řešení nesplňuje současné požadavky a nároky související s rozsahem úloh. Současná úroveň výpočetní techniky umožňuje celkové rozšíření programu, a proto bude nově provedeno zásadní přepracování stávajících algoritmů i jednotlivých procedur do programovacího jazyka Delphi. Nově tedy bude možno řešit výrazně rozsáhlejší a komplexnější typy úloh, než je tomu v případě původního řešení. Projekt SGS 2016 bude navazovat na práci provedenou během SGS 2015, v rámci níž byla část původních procedur již upravená a byla ověřena funkčnost nově naprogramovaného algoritmu a bezchybnost výpočtů. Rozsah dosud provedených prací (v rámci SGS 2015) se předpokládá na 30%. Při řešení projektu SGS 2016 budou také využity poznatky z vědecko-výzkumného projektu podporovaného v rámci dlouhodobého koncepčního rozvoje vědy a výzkumu pro rok 2014, na něhož bude projekt Studentské grantové soutěže (SGS) rovněž navazovat. SGS 2016 bude také navazovat na výsledky experimentálních zatěžovacích zkoušek probíhajících na zkušebním zařízení vybudovaném v areálu FAST, VŠB - TU Ostrava. Hodnoty naměřené během experimentu budou srovnány s hodnotami získanými analýzou v programu MKPINTER, jehož algoritmus bude v rámci SGS přepracován do programovacího jazyka Delphi. CITACE: [1] Aboutalebi, M. – Alani, A. – Rizzuto, J. – Beckett, D.: Structural behaviour and deformation patterns in loaded plain concrete ground-supported slabs. Structural Concrete. 2014, roč. 15, č. 1, s. 81-93. ISSN 1464-4177, DOI 10.1002/suco.201300043. [2] Alani, A. – Aboutalebi, M.: Analysis of the subgrade stiffness effect on the behaviour of ground-supported concrete slabs. Structural Concrete. 2012, roč. 13, č. 2, s. 102-108. DOI: 10.1002/suco.201100043. [3] Čajka, R. - Numerical Analysis of Contact Pressure under Shallow Foundation. International Symposium on Shallow Foundations FONDSUP 2003, 2003, Paris, France, ISBN 2-7208-0355-3. [4] Fedorovskii, V. – Shulyat´ev, S.: Construction of the Ukraina Hotel as an Example of Interaction between its Bed, Foundation, and Superstructure. Soil Mechanics & Foundation Engineering. Volume 50, Issue 6, 2014, Pages 242- 250. DOI: 10.1007/s11204-014-9241-4. [5] Gryczmanski, M., Analytical and numerical subsoil models for soilfoundation interaction problems, Studia Geotechnica et Mechanica Volume 16, Issue 3-4, 1994, Pages 29-72, ISSN: 01376365. [6] Huang, X. – Liang, X. – Liang, M. – Deng, M. – Zhu, A. – Xu, Y. – Wang, X. – Li, Y.: Experimental and theoretical studies on interaction of beam and slab for cast-in-situ reinforced concrete floor structure. Journal of Building Structures / Jianzhu Jiegou Xuebao. 2013, ISSN 1000-6869, Volume. 34, No. 5, p. 63-71. [7] Sadecka, L. - Finite/infinite element analysis of thick plate on a layered foundation, Computers and Structures, Volume 76, Issue 5, 15 July 2000, Pages 603-610, DOI: 10.1016/S0045-7949(99)00180-7. [8] 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, Volume 8, Pages 208-215, ISSN: 1998-4448, 2014. PŘEHLED POUŽITÝCH METOD: V původním programu MKPINTER je interakce počítána pomocí numerické integrace výpočtů napjatosti a sedání modifikovaného pružného poloprostoru pomocí strukturní pevnosti. Pro výpočet sedání a kontaktního napětí je použit jakobián transformace. Zmíněný princip výpočtu byl v rámci předchozích projektů již ověřen a bude tedy zachován. Původní procedury ovšem budou upraveny a nově naprogramovány v programovacím jazyce Delphi. Vlivem odlišností programovacích jazyků Pascal a Delphi je nutné původní algoritmus přetvářet tak, aby byl funkční také v Delphi. Je tedy nutné přizpůsobovat všechny procedury včetně proměnných tak, aby byly všechny dílčí části celého výsledného programu kompatibilní a spolehlivě funkční. Při sestavování programu budou využity standardní programovací postupy. Verifikace výsledků získaných analýzou v nově přepracovaném algoritmu v Delphi bude provedena srovnáním s výsledky získanými původním algoritmem v programovacím jazyce Pascal. Výsledky získané analýzou v programu MKPINTER (s novým algoritmem) budou také srovnány s výsledky experimentálních metod používaných při zatěžovacích zkouškách probíhajících v areálu FAST, VŠB - TU Ostrava. V souvislosti se srovnáním výsledků experimentálního měření a numerického modelu, budou řešeny úlohy s větším počtem prvků a uzlů MKP, než by bylo možné s využitím původního algoritmu. ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ TÝMU: Prof. Ing. Radim Čajka, CSc. (školitel) - hlavní konzultant, autor původních algoritmů a navrženého řešení v programu MKPINTER. Bc. Jan Kubošek – spoluúčast při publikační činnosti. PŘEDCHOZÍ DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ČLENŮ TÝMU: [1] Labudkova, J. – Cajka, R.: Application of an Inhomogeneous Halfspace for the Solution of Foundation-Subsoil Interaction based on the Finite Element Method, in J. Kruis, Y. Tsompanakis, B. H. V. Topping, (Editors), "Proceedings of the Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 9, 2015. doi:10.4203/ccp.108.9. [2] Cajka, R. – Labudkova, J.: Finite Element Analyses of Soil-Foundation Interaction and Comparison with Experimental Measurements", in J. Kruis, Y. Tsompanakis, B. H. V. Topping, (Editors), Proceedings of the Fifteenth International Conference on Civil, Structural and Environmental Engineering Computing", Civil-Comp Press, Stirlingshire, UK, Paper 7, 2015. doi:10.4203/ccp.108.7. [3] Labudkova, J. – Cajka, R.: Numerical analysis of interaction of steel-fibre concrete slab with subsoil and comparison with values measured during experimental loading test, In Sborník konference FIBRE CONCRETE 2015, September 10-11, 2015, Prague, Czech Republic, ISBN 978-80-01-05683-7, 2015. [4] Cajka, R. – Labudkova, J.: Comparison of results of analyses the foundation slab calculated by two FEM programs, Applied Mechanics and Materials, Trans Tech Publications, ISSN 1660-9336, Vols. 1065-1069, 1052-1056, doi:10.4028/www.scientific.net/AMR.1065-1069.1052 [5] Cajka, R. – Labudkova, J.: Fibre Concrete Foundation Slab Experiment and FEM Analysis. Key Engineering Materials, Vols. 627, (2015), pp 441-444, Trans Tech Publications, Switzerland, doi:10.4028/www.scientific.net/KEM.627.441 [6] Labudkova, J. – Mateckova, P.: Software for Design and Assessment of Rotationally Symmetrically Loaded Reinforced Concrete Slabs in the Shape of Circle or Ring, Applied Mechanics and Materials, Vol. 749, pp. 368-372, 10.4028/www.scientific.net/AMM.749.368, 2015. [7] Fillo, L. – Labudková, J. – Hanzel, J.: Design of Flat Slabs Height, Advanced Materials Research, Vol. 1106, pp. 221-224, 10.4028/www.scientific.net/AMR.1106.221, 2015. [8] Labudkova, J. – Cajka, R.: Comparison of the Results from Analysis of Nonlinear Homogeneous and Nonlinear Inhomogeneous Half-Space, Volume 114, 2015, Pages 522–529, ICSI 2015 The 1st International Conference on Structural Integrity Funchal, Madeira, Portugal 1st to 4th September, 2015, doi:10.1016/j.proeng.2015.08.101, 2015. [9] J. Labudková, R. Cajka, Comparison of Measured Displacement of the Plate in Interaction with the Subsoil and the Results of 3D Numerical Model, Advanced Materials Research, Vol. 1020, pp. 204-209, Oct. 2014, DOI 10.4028/www.scientific.net/AMR.1020.204 [10] Labudkova, J. – Cajka, R.: Comparison of the Results from Analysis of Linear Inhomogeneous and Nonlinear Half-Space in Foundation-Subsoil Interaction, RECENT ADVANCES in EARTH SCIENCES, ENVIRONMENT and DEVELOPMENT, Proceedings of the 8th International Conference on Engineering Mechanics, Structures, Engineering Geology (EMESEG '15), Konya, Turkey, May 20-22, 2015, ISSN: 2227-4359 ISBN: 978-1-61804-309-2, 2015. [11] Labudková, J. – Čajka, R.: Analýza interakce základ-podloží s využitím nehomogenního poloprostoru na bázi MKP, Sborník vědeckých prací Vysoké školy báňské - Technické univerzity Ostrava, číslo 1, ročník XV, řada stavební, ISSN 1213-1962, Ostrava, 2015. [12] Burkovic, K. – Fojtik, R. – Labudkova, J. – Buchta, V.: Verification of the feasibility and load carrying capacity of models of bored concrete piles, Advanced Materials Research, Trans Tech Publications, ISSN:1022-6680, Vol. 1082, pp. 230-235, 10.4028/www.scientific.net/AMR.1082.230, 2014. [13] Labudková, J. – Čajka, R.: Comparison of results of two different software based on FEM and the values obtained during the experiment, Sborník konference Results and Solutions of Young R&S for Innovations and Progress (CD), 4. - 5. listopadu 2014, Ostrava [14] Labudková, J. – Čajka, R.: Interakce základ-podloží řešena aplikací nehomogenního poloprostoru, In Sborník příspěvků mezinárodní konference Modelování v mechanice 2015. VŠB-TU Ostrava, Fakulta stavební, 28. - 29. 5. 2015. pp 71-72 (2 p) rozšířený abstrakt, (10p) plné znění na CD-ROM. ISBN 978-80-248-2384-3. [15] Mynarčík, P. – Labudková, J.: Experimentální a numerická analýza interakce podloží a modelu předpjaté průmyslové podlahy, In Sborník příspěvků mezinárodní konference Modelování v mechanice 2015. VŠB-TU Ostrava, Fakulta stavební, 28.-29. 5. 2015. pp 95-96 (2p) rozšířený abstrakt, plné znění - CD-ROM. ISBN 978-80-248-2384-3. [16] Fillo, L. – Labudková, J.: Potrebná hrúbka lokálne podopretých dosiek. In: Betonárske dni 2014 a 5. post kongresové kolokvium SNK fib [elektronický zdroj] : Zborník prednášok. Bratislava, SR, 23. - 24.10.2014. 1. vyd. Bratislava: Slovenská technická univerzita v Bratislave, 2014, s. 259-264. ISBN 978-80-8076-114-1. [17] Fillo, L. – Labudková, J. – Hanzel, J.: Návrh hrúbky lokálne podopretých dosiek, In: Sborník příspěvků Betonářské dny 2014, Hradec Králové, 2014. Hradec Králové: ČBS Servis, s.r.o., 2014, ISBN: 978-80-87158-34- 0. PŘIBLIŽNÝ ČASOVÝ PLÁN: 1 – 8/2016: úprava algoritmů jednotlivých dílčích částí programu MKPINTER, publikační činnost 8 – 10/2016: ověření funkčnosti algoritmů upravených v Delphi, publikační činnost 10 – 12/2016: provádění kontrolních výpočtů, aktivní účast na konferencích
Rok zahájení2016
Rok ukončení2016
KategorieWorkflow pro SGS
TypSpecifický výzkum VŠB-TUO
ŘešitelVašková Jana Ing., Ph.D.

© 2018 VŠB-TU Ostrava