A kutatás célja

A kutatás kiemelt célkitűzései a tudományterület alábbi, közismerten széles szerkezet-építőmérnöki
témakörbe fogott, abban koordinált résztémáira terjednek ki:
-Acélszerkezetek lokális duktilitásának vizsgálatai, numerikus modellezés, anyagmodell kísérletek,
-Kihajlásbiztos rudakkal merevített keretek kapacitástervezési paramétereinek meghatározása globális nemlineáris dinamikus vizsgálattal,
-Magasépítési öszvérfödémek numerikus szimuláció alapú méretezése, különös tekintettel a mechanikus együttdolgoztató nyírt kapcsolat numerikus modellezésére,
-A „constrained finite strip” módszer fejlesztése és általánosítása vékonyfalú rúdelemek stabilitásvesztési módjainak elemzésére,
-Polimerbetonok alkalmazása és hőhatásvizsgálata a szerkezetépítésben,
-A 4-es metró pesti nyomvonalán található üledékes kőzetek mérnökgeológiai és geostatisztikai elemzése,
-Mélyépítési létesítmények környezetében található, kőzetként viselkedő agyag mérnökgeológiai értékelése,
-Betonok korai zsugorodási repedésérzékenységének vizsgálata szálerősítésű betonok, könnyűbetonok és normál betonok esetén, laboratóriumi vizsgálatok és eredmények kiértékelése,
-Építőanyagok fizikai jellemzőinek és szilárdságtani viselkedésének alakulása tűzben,
-Hulladéklerakók geotechnikai aspektusainak vizsgálata helyszíni feltárás és adatelemzés segítségével,
-Az emberi szem biomechanikai viselkedésének modellezése.

Az egyes résztémák technikai leírása

Acél- és öszvérszerkezetek elemeinek és csomópontjainak szeizmikus viselkedésének vizsgálatakor, a fókuszban a disszipatív szerkezeteknek azon részlete van, amelyben az energiaelnyelés bekövetkezik. Az ilyen kutatások célja numerikus szimulációs eljárás kifejlesztése disszipatív szerkezeti részletek energiaelnyelésének jellemzésére alkalmas lokális duktilitás meghatározására, majd a módszer felhasználásával innovatív szerkezeti részletek fejlesztése és azokra méretezési eljárás kidolgozása. A numerikus szimulációs eljárásnak alkalmasnak kell lennie a szerkezeti elemek, illetve csomópontok ismétlődő terhelés hatására kialakuló hiszterézis viselkedésének vizsgálatára. Magában kell foglalnia az anyagok ciklikus modelljét, követnie kell a változó igénybevételek következtében előálló nyílási és záródási jelenségeket, valamint a ciklikus lemezhorpadást. A numerikus szimulációs eljárás alkalmazásával olyan innovatív szerkezeti elem, illetve csomóponti megoldás kifejlesztése a feladat, amely hatékonyan alkalmazható adott típusú disszipatív szerkezetekben.
Az ún. kihajlásbiztos merevítőrudak (buckling restrained brace – BRB) földrengéstervezésben történő alkalmazása ígéretesnek tűnik mind újonnan épülő épületek, hídszerkezetek, mind szerkezetek utólagos megerősítése esetén. Régi – főként történelmi jelentőségű – épületek megerősítésében az európai szakma más innovatív technológiák mellett foglalkozik a BRB alkalmazásával is, az alkalmazás szabványosításával. Jelenleg azonban néhány számpélda kidolgozásán túlmenően tényleges kutatás alig folyik a területen, illetve Európában nem áll rendelkezésre szabványosított számítási, tervezési eljárás. Az alkalmazás megköveteli a szerkezeti elem egyedi és rendszerben tapasztalható ciklikus viselkedésének ismeretét. Kísérleti és numerikus analízis keretében vizsgálni szükséges a szerkezet-megerősítésben való alkalmazás és az elem továbbfejlesztésének lehetőségét.
A nagy szilárdságú, nagy teljesítőképességű, hagyományos és speciális összetételű betonok alkalmazásának, elsősorban a tartósság fokozása és környezetvédelmi szempontok érvényesítése következtében, egyre nagyobb szerepe van a szerkezetépítésben. Ugyanakkor az ilyen anyagok fizikai és mechanikai tulajdonságai, valamint szerkezetben való viselkedésük nem mindenben tisztázott. A jelenlegi szabványok csak a hagyományos cementbázisú betonokra tartalmaznak adatokat és számítási módszereket, amelyek elsősorban az átlagos szilárdsági tartományokban alkalmazhatóak megbízhatóan. Ezért szükséges további kísérleti és elméleti kutatások végzése ebben a témakörben.
A hazai és nemzetközi gyakorlatban alkalmazott acélvázas könnyűszerkezetes építésben egyre elterjedtebben jelentkezik az igény öszvérfödémek alkalmazására. Ezek a födémek – a hagyományosnak tekinthető melegen hengerelt acélgerendák helyett – vékonyfalú acélgerendával és/vagy trapézlemezzel együttdolgozó vasbetonlemezből állnak. Az ilyen irányú kutatómunka célja az ilyen födémek egyes szerkezeti elemeinek együttdolgozását biztosító kapcsolatok vizsgálata, kísérleti eredmények és végeselemes modell segítségével.
Vékonyfalú rúdelemek (pl. nyomott oszlop, hajlított gerenda) normálfeszültség hatására bekövetkező stabilitásvesztését szokás három osztályba sorolni: globális stabilitásvesztés, (lokális) lemezhorpadás, és torzulásos horpadás. Ezt az osztályozást hidegen hajlított acél és alumínium elemek méretezésénél a gyakorlatban is alkalmazzák a vonatkozó szabványok. Ugyanakkor máig nincs olyan numerikus eljárás, amely képes lenne közvetlenül a tiszta módokat kezelni és a hozzájuk tartozó kritikus erőt vagy nyomatékot meghatározni általános esetben, tehát különféle keresztmetszeti alakokhoz, általános megtámasztási viszonyokhoz, tetszőleges terhelési esetekhez. A közelmúltban számos javaslat született a vázolt probléma megoldására, melyek közül az általánosított kényszerek alkalmazása a témavezető nevéhez fűződik. A javaslat részletesen kidolgozásra került a végessávos módszerre, az új eljárás neve (angol rövidítés alapján): cFSM. Az eddigi eredmények alapján várható, hogy hasonló eljárás fejleszthető ki a végeselemes módszerhez is, mely tehát ötvözhetné a végeselem módszer általános alkalmazhatóságát a cFSM módszer azon tulajdonságával, mely lehetővé teszi a stabilitásvesztési osztályok elkülönítését.
A mérnökgeológia témakörében a 4-es metró pesti szakaszának építése hozott tudományos érdekességeket, elsősorban abban, hogy igen változatos a budai oldalhoz képest jelentősen eltérő kőzetkörnyezetben létesül. Az uralkodó üledékes kőzetek geológiai megjelenése szélsőségesen változó, a finom szemcsés agyagoktól egészen a durva üledékekig. Ez a változatos felépítés eltérő mérnökgeológiai és vízföldtani adottságokat biztosít. Ez a komplex kőzetkörnyezet a budai oldaltól eltérő mérnökgeológiai problémákat vet fel, amelyek meghatározása és elemzése a kutatás célja. A pesti nyomvonal szakasz mentén sok fúrás és feltárás készült, amely biztosítja feldolgozáshoz szükséges adatbázist.

A várt eredmények összefoglalása

Szerkezeti részletek alkalmazhatóságának és hatékonyságának adott szerkezetek globális duktilitási vizsgálatával kell igazolása. A szerkezeti részletre olyan szeizmikus méretezési eljárás kifejlesztése, amely lehetővé teszi annak gyakorlati tervezésben való alkalmazhatóságát.
BRB rendszer továbbfejlesztés, a BRB-vel merevített szerkezetek szabványokban használható földrengési paramétereinek meghatározása.
A különböző összetételű, elsősorban hagyományos, cement, valamint polimer kötőanyagú betonból készült próbatestek fizikai, mechanikai és reológiai tulajdonságainak meghatározására.
Az alkalmazott kísérleti eljárások ismeretében újszerű kísérleti próbatest kialakítás megfogalmazása, és laboratóriumi kísérleti program végrehajtása az együttdolgoztató kapcsolat merevségének és teherbírásának vizsgálatára.
Acél trapézlemez gerincű tartók feszültségeloszlási sajátosságainak vizsgálata, a trapézlemez geometriájából keletkező többletfeszültségek elemzése, jellegük és nagyságuk meghatározása, tervezés szempontjából kiértékelése. Továbbá a trapézgerincű tartók fáradási viselkedésének elemzése, a korábban elvégzett laboratóriumi kísérletek kiértékelése, a feszültségkoncentrációs pontok és tendenciák meghatározása, valamint a feszültségkoncentráció nagyságának elemzése különböző trapézlemez profil esetén.
Rúdelemek stabilitásvesztési módjai megfelelő mechanikai definícióinak megadása, azon végeselem-típusok és/vagy bázisfüggvények megtalálása, melyekbe a mechanikai kritériumok előnyösen beépíthetők.
A 4-es metró már meglévő fúrási adatok földtani és vízföldtani adatainak feldolgozása, a vizsgált kőzetek kőzetfizikai paramétereinek és az egyes állomások és a köztük lévő vonalszakaszok mérnökgeológiai és vízföldtani jellemzőinek összegyűjtése és területi rendszerezése.
Építőanyagok fizikai jellemzőinek és szilárdságtani viselkedésének tüzes közegben való meghatározása-
Hulladéklerakók helyszíni feltárással való geotechnikai értékelése.

Az elérni kívánt eredmények jelentősége és alkalmazásai

A munka a szerkezet-építőmérnöki tudományok területén, elsősorban a szerkezetek és anyagaik kutatások területén hozhat újszerű, illetve kifejezetten új eredményeket, aminek birtokában új alkalmazási területek kerülhetnek előtérbe, olcsóbb, egyúttal stabilam megoldásokat kínálva.