Naukowcy z dofinansowaniem w ramach konkursu MINIATURA - dr inż. Tomasz Falborski | Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska Politechniki Gdańskiej

Staż naukowy poświęcony jest badaniom pn.: Analiza wpływu sztywności rotacyjnej podstaw słupów z jednoczesnym uwzględnieniem sprężystości podłoża gruntowego na odpowiedź sejsmiczną i bezpieczeństwo budynków o konstrukcji stalowej.

Trzęsienia ziemi należą niewątpliwie do najbardziej niebezpiecznych i zarazem najmniej przewidywalnych obciążeń, jakie mogą oddziaływać na konstrukcje inżynierskie. W krajach, które są narażone na silne trzęsienia ziemi bezpieczne projektowanie obiektów budowlanych – zwłaszcza tych, które powinny sprawnie funkcjonować w przypadku wystąpienia silnych wstrząsów sejsmicznych (m.in. szpitale, elektrownie, posterunki policji oraz straży pożarnej itd.) – jest ponad wszelką wątpliwość zagadnieniem priorytetowym i stanowi dla konstruktorów niemałe wyzwanie.

Sejsmiczne normy budowlane (m.in. Eurokod 8, ASCE 7) bazują głównie na koncepcji wyznaczania dodatkowych sił bezwładności, wywołanych gwałtownym ruchem podłoża, oraz następnie uwzględniana tych sił w postaci dodatkowego obciążenia statycznego. Od kilku lat bardzo dużą popularność zyskuje jednak inna koncepcja projektowania konstrukcji budowlanych, tzw. Performance-Based Earthquake Engineering (PBEE), która polega na przeprowadzeniu zaawansowanych czasowych analiz numerycznych i następnie wnikliwej ocenie odpowiedzi dynamicznej danej konstrukcji na szereg odpowiednio dobranych przebiegów trzęsień ziemi, co umożliwia zdecydowanie dokładniejszą analizę zachowania obiektów budowlanych podczas wymuszeń sejsmicznych.

W celu dokładnej analizy zachowania się danej konstrukcji niezbędne jest uwzględnienie w obliczeniach wszelkich nieliniowości (zarówno materiałowych, jak i geometrycznych), stąd głównym celem stażu naukowego na Uniwersytecie Kalifornijskim w Davis są badania naukowe, dotyczące wpływu sztywności rotacyjnej podstaw słupów z jednoczesnym uwzględnieniem sprężystości podłoża gruntowego na odpowiedź sejsmiczną budynków o konstrukcji stalowej. Zgodnie z postawioną hipotezą badawczą dodatkowe uwzględnienie warunków gruntowych spowoduje dalszą zmianę w redystrybucji sił wewnętrznych (i tym samym w lokalizacji przegubów plastycznych), co może mieć znaczący wpływ na odpowiedź sejsmiczną i tym samym na bezpieczeństwo analizowanych konstrukcji stalowych.

W pierwszej kolejności zaplanowano opracowanie pięciu zaawansowanych nieliniowych modeli numerycznych budynków o konstrukcji stalowej (tj. 2-, 4-, 8-, 12- oraz 20-piętrowego, reprezentujących obiekty niskie, średniowysokie oraz wysokie), w których uwzględnione zostaną m.in.: 1) nieliniowe zachowanie przegubów plastycznych w ryglach oraz słupach oraz 2) nieliniowe zachowanie podstaw słupów z uwzględnieniem zmienności parametrów takich jak: liczba, średnica oraz rozmieszczenie kotew, grubość blachy podstawy itd. Następnie planowane jest uwzględnienie różnych warunków gruntowych poprzez wprowadzanie dodatkowych (pionowych oraz poziomych) nieliniowych podpór sprężystych. Każdy z analizowanych modeli będzie następnie poddany dokładnym nieliniowym czasowym analizom dynamicznym zgodnie z koncepcją PBEE, co pozwoli sformułować wstępne wnioski dotyczące wpływu sztywności rotacyjnej podstaw słupów z jednoczesnym uwzględnieniem sprężystości podłoża gruntowego na odpowiedź sejsmiczną i tym samym na bezpieczeństwo analizowanych budynków.