Letní škola ČVUT, Fakulta stavební, UCEEB 14.9. 18.9.2015, Brno Podpora zkvalitnění týmů výzkumu a vývoje a rozvoj intersektorální mobility na ČVUT v Praze CZ.1.07/2.3.00/30.0034 POKROČILÉ MODELY STAVEBNÍCH MATERIÁLŮ A KONSTRUKCÍ 1/ Program Pondělí 14.9.: Silikátové materiály, kompozitní materiály a modelování 1. 12:00 13:45 Petr Hlaváček (mentor Šmilauer): Vlastnosti anorganických pěn z alkalicky aktivovaných popílků 2. 14:00 15:45 Rostislav Šulc (mentor Šmilauer): Optimalizace vlastností materiálů z alkalicky aktivovaných popílků 3. 16:00 17:45 Alena Zemanová (mentor Michal Šejnoha): Laminované skleněné konstrukce Úterý 15.9.: Kompozitní materiály a modelování 1. 08:00 09:45 Alexandru Chira (mentor Petr Hájek): Textilní výztuž z přírodních materiálů 2. 10:00 11:45 Rostislav Rypl (mentor Bittnar): Textilní beton - vlastnosti, aplikace, víceúrovňové modelování 3. 13:00 14:45 Nachiketa Mishra (mentor Jan Zeman): Numerické aspekty homogenizace periodických materiálů 4. 15:00 16:45 Petr Havlásek (mentor Milan Jirásek): Modely pro dotvarování, vysychání a smršťování betonu 1
Středa 16.9.: Kompozitní materiály a modelování 1. 08:00 09:45 Achala Pallegedara (mentor Štemberk): Využití simulací pro optimalizaci struktury betonu 2. 10:00 11:45 Patarapol Tantipidok (mentor Štemberk): Modelování zrychlování vytvrzování betonu 3. 13:00 14:45 Manoj Yadav (mentor Jan Zeman): Úvod do homogenizace periodických materiálů 4. 15:00 16:45 Marina Davydova (mentor Petr Kuklík): Pokročilé analýzy nových konstrukčních materiálů Čtvrtek 17.9.: Modelování konstrukcí při požáru 1. 08:00 09:45 Lukáš Blesák (mentor František Wald): Požární odolnost spřažené dřevo-betonové stropní konstrukce s rozptýlenou výztuží 2. 10:00 11:45 Vadims Goremikins (mentor František Wald): Modelování spřažené ocelobetonové stropní konstrukce při požáru 3. 13:00 14:45 Tomáš Jána (mentor František Wald): Robustnost spřažených ocelobetonových konstrukcí při požáru 4. 15:00 16:45 Ioan Both (mentor František Wald): Verifikační příklady spřažených ocelobetonových stropních konstrukcí vystavených požáru Pátek 18.9.: Konstrukce vozovek, ochrana stavebních materiálů 1. 08:00 09:45 Josef Žák (mentor Jan Valentin): Netuhé konstrukce vozovek a pokročilé přístupy k modelování jejich životnosti 2. 10:00 11:45 Anuj Kumar (mentor Petr Hájek): Nanopovrchy stavebních materiálů pomocí elektrostatického pole 3. 13:00 14:45 Monika Terebesyová (mentor Petr Kuklík): Pokročilé metody ochrany materiálů na bázi dřeva 2
2/ Sylaby přednášek Pondělí 14.9.: Silikátové materiály, kompozitní materiály a modelování Petr Hlaváček (mentor Šmilauer): Vlastnosti anorganických pěn z alkalicky aktivovaných popílků Alkalickou aktivací úletových popílků lze připravit plynosilikátové hmoty bez nutnosti autoklávování. Přednáška představuje laboratorní způsob výroby, chemickou odolnost, mechanické vlastnosti, tepelné vlastnosti a žáruvzdornost. Bude představen model reakční kinetiky, model pro vývoj chemických fází během aktivace, výsledky měření nanoindentací, víceúrovňový model pro předpověď elastických vlastností a model pro stanovení perkolace včetně validace. Rostislav Šulc (mentor Šmilauer): Optimalizace vlastností materiálů z alkalicky aktivovaných popílků Využití alkalicky aktivovaných úletových popílků pro přípravu stavebních materiálů. Přednáška je zaměřena na seznámení posluchačů s postupy přípravy úletových popílků pomocí alkalické aktivace pro výrobu pojiva v maltách, betonech, lisovaných betonech a speciálních aplikacích. Budou prezentovány výsledky optimalizace vstupních materiálů z hlediska výsledných mechanických vlastností nových materiálů a také z hlediska požadavků na zpracovatelnost výsledné hmoty. Alena Zemanová (mentor Michal Šejnoha): Laminované skleněné konstrukce Sklo je typický příklad křehkého materiálu, který se porušuje náhle a bez varování. Laminování skla s polymerní fólií umožňuje použití skla na konstrukční prvky, jako jsou podlahové a střešní konstrukce, schodišťové stupně nebo nosné sloupy. Přednáška se bude zabývat metodami pro modelování těchto laminovaných skleněných prvků. Podrobněji bude představen konečně-prvkový model pro vrstvené desky zohledňující časovou a teplotní závislost chování polymerní fólie. 3
Úterý 15.9.: Kompozitní materiály a modelování Alexandru Chira (mentor Petr Hájek): Textilní výztuž z přírodních materiálů Rostislav Rypl (mentor: prof. Zdeněk Bittnar): Textilní beton: princip, aplikace a modelování Přednáška shrnuje výrobní procesy a modelování mechanické odezvy textilního betonu. Kvůli heterogenní struktuře vláknité výztuže sestávající ze svazků tvořených několika tisíci mikrovlákny je velmi složité předpovídat důležité vlastnosti, jako je pevnost, mezní přetvoření a houževnatost. V rámci prezentace bude k tomuto tématu představen víceúrovňový přístup k modelování tahové odezvy textilního betonu s využitím pravděpodobnostních metod. Podstatná část vývoje se zabývá zpevňováním a ztužováním stávajících konstrukcí pomocí laminovaného textilního betonu. Nachiketa Mishra (mentor Jan Zeman): Numerické aspekty homogenizace periodických materiálů V navazující přednášce budou studentům přiblíženy numerické metody pro určení korektorů homogenizační úlohy. Pozornost bude věnována dvěma přístupům, a to metodě sítí (podrobně) a metodě konečných prvků (interaktivně). Teoretické výsledky představené v první části budou ilustrovány pomocí jednorozměrných výpočtů včetně konvergence přesného a homogenizovaného řešení. Přednáška bude přednesena v anglickém jazyce. Petr Havlásek (mentor Milan Jirásek): Modely pro dotvarování, vysychání a smrštování betonu Úvod do dotvarování a smršťování betonu příklady na konstrukcích a experimentální měření; definice funkce poddajnosti, relaxační funkce, součinitele dotvarování a specifického dotvarování; faktory ovlivňující dotvarování a smršťování, inženýrské modely pro předpověď; materiálový model založený na teorii solidifikace a mikropředpětí a jeho vylepšení; jednoduchý model pro transport vlhkosti v betonu; závislost smrštění na relativní vlhkosti nebo obsahu vody; analýza dotvarování a smršťování na úrovni mezostruktury. 4
Středa 16.9.: Kompozitní materiály a modelování Achala Pallegedara (mentor Petr Štemberk): Využití simulací pro optimalizaci struktury betonu Patarapol Tantipidok (mentor Petr Štemberk): Modelování zrychlování vytvrzování betonu Manoj Yadav (mentor Jan Zeman): Úvod do homogenizace periodických materiálů Cílem této přednášky je seznámit studenty se základními pojmy a myšlenkami homogenizace heterogenních materiálů s periodickou mikrostrukturou. Pozornost bude věnována především metodě asymptotického rozvoje, který bude aplikován na jedno a dvourozměrný problém ustáleného vedení tepla. V závěru přednášky se posluchači seznámí s pojmem tzv. korektoru a jeho využití pro odhad chyby homogenizovaného řešení. Přednáška bude přednesena v anglickém jazyce. Marina Davydova (mentor Petr Kuklík) Pokročilé analýzy nových konstrukčních materiálů Zkoumání nových konstrukčních materiálů pomocí pokročilých technologií, na základě nových metod a přístupů charakterizace materiálů, zejména s využitím 3D světelné mikroskopie z hlediska strukturní analýzy (barevného kontrastu) a rastrovací elektronové mikroskopie s detektory EDX, WDX pro kvantitativní prvkovou mikroanalýzu. 5
Čtvrtek 17.9.: Modelování konstrukcí při požáru Lukáš Blesák (mentor František Wald): Požární odolnost spřažené dřevo-betonové stropní konstrukce s rozptýlenou výztuží Cílem přednášky je představit pokročilý model požární odolnosti spřažené dřevo-betonové stropní konstrukce s rozptýlenou výztuží. Pokročilý model byl validován na požárních experimentech. Bude představen a diskutován detailní model chování stropní konstrukce za požáru ve výpočetním programu Atena Science. Vadims Goremikins (mentor František Wald): Modelování spřažené ocelobetonové stropní konstrukce při požáru V ocelobetonové stropní konstrukci s velkými průhyby, které při požáru vznikají, se uplatňuje membránové chování. Budou prezentovány dva základní přístupy k řešení membránového chování desek při zvýšených teplotách analytické modely a řešení metodou konečných prvků. Budou prezentovány analytické modely založené na odhadu průhybů pro různé okrajové podmínky. Numerické modelování spřažené ocelobetonové desky vystavené vysoké teplotě pomocí softwaru ANSYS (ANSYS Parametric Design Jazyk - APDL) je pak alternativa pro analytické postupy. Tomáš Jána (mentor František Wald): Robustnost spřažených ocelobetonových konstrukcí při požáru V případě mimořádné události, jako je např. požár, to může mít za následek lokální poruchy a následný progresivní kolaps stropů a sloupů. Přípoje nosníků a sloupů jsou proto klíčovými prvky konstrukce. Jsou vystaveny odlišným silám, než jsou ty, které působí za běžné teploty. V případě, že požární odolnost přípoje je větší než normálové síly vznikající při přechodu stropní konstrukce do membránového působení při požáru, není potřeba další posudek při zvýšené teplotě. V přednášce bude prezentován analytický model normálové síly působící na přípoj, který je ověřen validovaným numerickým modelem. Ioan Both (mentor František Wald): Verifikační příklady spřažených ocelobetonových stropních konstrukcí vystavených požáru Přednáška popisuje vstupní údaje pro teplotní a mechanickou analýzu ocelobetonového stropu při vystavení požáru. Přestup tepla se popisuje z hlediska vedení, proudění a sálání a mechanická odezva prvků je založena na redukci materiálových vlastností v závislosti na teplotě. Hlavní náplní je ověření pokročilého modelování ocelobetonové stropní konstrukce, validace sestaveného modelu na experimentu a verifikační příklad pro kontrolu vstupů a výstupů, tj. rozložení teploty, deformace konstrukce, omezení napětí/relativní deformace a síly v konstrukčních prvcích. 6
Pátek 18.9.: Konstrukce vozovek, ochrana stavebních materiálů Josef Žák (mentor Jan Valentin): Netuhé konstrukce vozovek a pokročilé přístupy k modelování jejich životnosti Spolu s rok od roku se zvyšujícím objemem přepravy se zvyšují požadavky na odolnější materiály používané v konstrukcích vozovek. Materiálové vlastnosti asfaltových hutněných směsí hrají klíčovou roli v životnosti těchto netuhých konstrukcí. Tyto materiály jsou složeny v základu z nepravidelných zrn kameniva s malým obsahem asfaltového pojiva a nízkým obsahem pórů. Ačkoliv asfaltové pojivo tvoří pouze malou část této struktury, determinuje viskoelastické vlastnosti těchto materiálů. Za účelem zlepšení vlastností asfaltových pojiv se stále častěji používají chemické modifikace, polymery a přísady. Používání nových materiálů pak vyžaduje zkoušení v laboratoři vystihující chování materiálu v konstrukcích vozovek. Přednáška bude věnována laboratorním technikám sloužícím k měření vlastností asfaltových směsí a modelování jejich životnosti programy používanými v praxi a experimentálně. Anuj Kumar (mentor Petr Hájek): Nanopovrchy stavebních materiálů pomocí elektrostatického pole Monika Terebesyová (mentor Petr Kuklík): Pokročilé metody ochrany materiálů na bázi dřeva Cílem přednášky je seznámit posluchače o životnosti a nejčastějších poruchách objektů ze dřeva. Prohloubit poznatky z oblasti ochrany dřeva a dřevních kompozitů před biologickými činiteli a abiotickými vlivy. Taktéž informovat o možnostech použití nových pokročilých modifikačních technologií ochrany dřeva a jejich aplikaci v dřevěných konstrukcích. 7