Razvoj hibridnega jekleno-betonskega stika za lesene diskretne mrežaste konstrukcije

Temeljni podoktorski raziskovalni projekt financiran s strani
Javne agencije za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS).

	Temeljni podoktorski raziskovalni projekt
Naziv projekta	Razvoj hibridnega jekleno-betonskega stika za lesene diskretne mrežaste konstrukcije
Vodja projekta	doc. dr. Žiga Unuk, mag. inž. grad.
Obdobje	od 1. 10. 2022 do 30. 9. 2024
Raziskovalna organizacija	Fakulteta za gradbeništvo, prometno inženirstvo in arhitekturo, Univerza v Mariboru (UM FGPA)
Financer	Javna agencija za znanstvenoraziskovalno in inovacijsko dejavnost Republike Slovenije (ARIS)
Obseg financiranja	1 FTE (ure cenovnega razreda B)

Namen projekta je razvoj hibridnega jekleno-betonskega stika za lesene diskretne mrežaste konstrukcije. Projekt bo obsegal obsežno eksperimentalno testiranje, računalniške simulacije pri različnih pogojih obremenjevanja, ki bodo dopolnjene z naprednimi digitalizacijskimi tehnologijami, kar bo omogočilo popolno karakterizacijo mehanskega obnašanja novega stika, kar je nujno potrebno za uspešno implementacijo in uporabo teh stikov v sodobnih gradbeno inženirskih aplikacijah kot so lesene diskretne mrežaste konstrukcije.

Obnašanje stikov mrežastih konstrukcij bomo preverili z različnimi eksperimenti z obremenitvami, ki bodo posnemale realno možne obremenitve stikov lesenih diskretnih mrežastih konstrukcijah. Ob upoštevanju sprememb različnih vplivnih parametrov bodo kompleksni linearni in nelinearni modeli s končnimi elementi, ki upoštevajo materialno, geometrijsko in strukturno nelinearnost, predstavljali temeljni računski okvir predlaganega raziskovalnega projekta za preučevanje obnašanja lesenih diskretnih mrežastih konstrukcij s cilindričnimi stiki z betonskim polnilom. V ta namen bodo izvedene obsežne napredne računalniške simulacije predvidoma s programom za izračune po metodi končnih elementov Inventor Nastran. Računalniške simulacije bodo upoštevale različne deformacijske mehanizme pri različnih obremenitvah (kombinacije nateznih/tlačnih sil in upogibnih momentov v lesenih elementih stikajočih se v enem stiku). Z analitičnim izračunom na podlagi matematičnega modela, ki bo upošteval eksperimentalne in numerične rezultate bomo prevedli obnašanje stika na točkovni problem in tako omogočili uporabo spoznanj v gradbeni praksi. Opravljena bo geometrijska analiza in digitalna rekonstrukcija stika z upoštevanjem realnih napak pri izdelavi, ki bo temeljila na 3D laserskem skeniranju. Na podlagi 3D laserskega skeniranja bo izvedena tudi digitalizacija potencialnega mesta vgradnje lesene mrežaste konstrukcije z novimi stiki in prenos 3D modela konstrukcije na potencialnem mestu gradnje v navidezni resničnosti.

Faze projekta (delovni paketi):

Delovni paket 1: Zasnova novega stika v obliki cilindra z betonskim polnilom za mrežaste konstrukcije in izvedba tlačnih preizkusov na osnovi katerih se bo izvedla računska karakterizacija novega stika za lesene mrežaste konstrukcije

Delovni paket 2: Prilagoditev novega stika za lesene mrežaste konstrukcije v smislu izbire načina stikanja lesenega elementa in jeklenega cilindra ter eksperimentalna in računska karakterizacija novega stika za lesene diskretne mrežaste konstrukcije na osnovi nateznih in upogibnih preizkusov

Delovni paket 3: Računska karakterizacija izbrane mrežaste lesene konstrukcije z novim stikom

Bibliografske reference:

[1] UNUK, Žiga, KUHTA, Milan. Nonlinear semi-numeric and finite element analysis of three-point bending tests of notched polymer fiber-reinforced concrete prisms. Applied sciences. 14. Feb. 2024, vol. 14, iss. 4, [article no.] 1604, 25 str., ilustr. ISSN 2076-3417. https://dk.um.si/IzpisGradiva.php?id=87103, DOI: 10.3390/app14041604. [COBISS.SI-ID 186005507]

[2] UNUK, Žiga, KUHTA, Milan. Full-scale test and load-bearing capacity evaluation of synthetic-polymer-fiber-reinforced concrete tetrapods under quasi-static loading. Buildings. [Online ed.]. Nov. 2022, vol. 12, iss. 12, str. 1-21. ISSN 2075-5309. DOI: 10.3390/buildings12122143. [COBISS.SI-ID 133529091]

[3] UNUK, Žiga, RISTIĆ, Uroš. Upogibni preizkusi lepljenih lameliranih lesenih nosilcev s hibridnimi jekleno-betonskimi stiki za lesene diskretne mrežaste lupinaste konstrukcije = Bending tests of glued timber beams with hybrid steel-concrete joints for discrete reticulated timber shell structures. V: MOŽE, Primož (ur.), GAMS, Matija (ur.), MALNAR, Danilo (ur.). Zbornik 44. zborovanja gradbenih konstruktorjev Slovenije : 26./27. oktober 2023, Rikli Balance Hotel, Bled. Ljubljana: Slovensko društvo gradbenih konstruktorjev, 2023. Str. 279-288, ilustr. ISBN 978-961-93926-7-6. [COBISS.SI-ID 170601987]

[4] UNUK, Žiga. Load-bearing test of a hybrid steel-concrete joint for discrete reticulated timber shell structures with six linear members. V: BLOCK, Philippe (ur.). IASS 2024 : symposium paper programme : [Proceedings of the IASS 2024 Symposium Redefining the Art of Structural Design, August 26-30, 2024, Zurich Switzerland]. [Zurich (Switzerland): IASS], 2024. 10 str. https://app.iass2024.org/files/IASS_2024_Paper_149.pdf. [COBISS.SI-ID 210545923]

[5] UNUK, Žiga. Nonlinear semi-numeric analysis and simplified analysis of polymer fiber-reinforced concrete prisms under three-point bending test conditions. V: KATUNSKÝ, D. (ur.), et al. The 16th International Scientific Conference of Civil and Environmental Engineering for the PhD. Students and Young Scientists – Young Scientist 2024 (YS24) Hight Tatras, Slovakia, April 17-19, 2024. [S. l.]: EDP Sciences, 2024. 16 str. E3S web of conferences, vol. 550. ISSN 2267-1242. https://www.e3s-conferences.org/articles/e3sconf/pdf/2024/80/e3sconf_ys2024_01039.pdf, DOI: 10.1051/e3sconf/202455001039. [COBISS.SI-ID 204188931]

[6] UNUK, Žiga. Compressive behavior of a hybrid steel-concrete joint for discrete reticulated timber structures. Proceedings of the 14th Central European Congress on Concrete Engineering, Mikulov, Czech republic, 2024.

[7]  UNUK, Žiga. Transverse compressive behavior of plain and polypropylene fiber-reinforced concrete infilled steel tubes as hybrid steel-concrete nodes for discrete reticulated shell structures. Engineering structures. [Online ed.]. Jan. 2025, vol. 322, [article no.] 119149, 20 str., ilustr. ISSN 1873-7323. DOI: 10.1016/j.engstruct.2024.119149. [COBISS.SI-ID 214332675]

[8] UNUK, Žiga. Konceptualna statična analiza lesene diskretne mrežaste konstrukcije s hibridnimi jekleno-betonskimi stiki. V: MOŽE, Primož (ur.), GAMS, Matija (ur.), MALNAR, Danilo (ur.). 45. zborovanje gradbenih konstruktorjev Slovenije : 7./8. november 2024, Grand hotel Bernardin, Portorož. Ljubljana: Slovensko društvo gradbenih konstruktorjev, 2024. Str. 285-296, ilustr. ISBN 978-961-93926-8-3.

Primer uporabe stika za pokritje notranjega dvorišča rektorata UM:

 

Navodila za prikaz konstrukcije s hibridnim-stikom za pokritje notranjega dvorišča rektorata UM v razširjeni resničnosti: