docKOZŁOWSKI Marcin - Stypendia Wspomagające Innowacyjne
download 
Reklamacja Transkrypt
KOZŁOWSKI Marcin - Stypendia Wspomagające Innowacyjne
Projekt stypendialny SWIFT (Stypendia Wspomagające Innowacyjne Forum Technologii) POKL.08.02.01-24-005/10 Temat: Analiza doświadczalno-teoretyczna hybrydowych belek drewniano-szklanych Obszar technologiczny: Technologie dla ochrony środowiska Imię, nazwisko: MARCIN KOZŁOWSKI Instytucja, Wydział, Instytut/Katedra: Politechnika Śląska, Wydział Budownictwa, Katedra Inżynierii Budowlanej Krótka charakterystyka badań Szkło jest jednym z najważniejszych materiałów w nowoczesnej architekturze. Pomimo wysokiej wytrzymałości oraz trwałości charakteryzuje się licznymi wadami, z których największą jest kruchość. Projekt badawczy dotyczy zagadnienia łączenia szkła z innymi materiałami w taki sposób, aby zniwelować jego wady materiałowe i stworzyć synergiczną hybrydę. Głównym celem niniejszego projektu badawczego jest weryfikacja dotychczasowych poglądów oraz rozwinięcie wiedzy na temat mechanicznej współpracy drewna i szkła połączonych podatnymi połączeniami klejonymi. Celem projektu jest także stworzenie modelu analitycznego i numerycznego, zweryfikowanego przez badania wytrzymałościowe. Modele mają na celu odzwierciedlenie zachowania się hybrydowych elementów pod obciążeniem, określenie rozdziału obciążenia oraz wyznaczania ich sztywności, a także udowodnienie synergicznej natury drewnianoszklanych kompozytów. Drewno jest materiałem naturalnym, ekologicznym i wraz ze swoimi własnościami doskonale wpisuje się w założenia zrównoważonego rozwoju. Wysoka wytrzymałość w porównaniu z niskim współczynnikiem przewodzenia ciepła sprawia, że drewno jest mocną alternatywą dla innych materiałów konstrukcyjnych (np. stali). Dodatkowo, zwiększenie udziału drewna jako materiału konstrukcyjnego do wznoszenia budynków pozwoli europejskim krajom zredukować poziom emisji CO2 i innych gazów cieplarnianych, do czego zobowiązały się w międzynarodowym porozumieniu, tzw. Protokole z Kioto. Polska również podpisała ten dokument. Jak powszechnie wiadomo, naturalne światło słoneczne ma korzystny wpływ na zdrowie i komfort życia ludzi mieszkających lub pracujących w budynkach. Z tego powodu możliwość zwiększenia przeziernych powierzchni poprzez wykorzystanie konstrukcyjnych hybryd drewniano-szklanych jest rozwiązaniem pożądanym. Poza tym, nowoczesne trendy w architekturze zorientowane są na wysoką jakości życia i niskie zużycie energii, w co doskonale wpisują się nowoczesne szklane produkty, takie jak szyby zespolone oraz dwuwarstwowe fasady, które pozwalają znacznie zredukować koszty klimatyzacji latem oraz wydatki na ogrzewanie zimą. Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego Szkło pomimo wielu zalet, m.in. wysokiej wytrzymałości na ściskanie i trwałości, posiada liczne wady. Pierwszą z nich jest kruchość – po osiągnięciu wytrzymałości szkło pęka w ułamku sekundy, bez ostrzeżenia, rozpadając się na wiele kawałków o ostrych krawędziach. Drugą, jest ogromna dysproporcja w wytrzymałości szkła na ściskanie i rozciąganie, która nie pozwala w pełni wykorzystać potencjału materiału. Kolejną jest ekstremalna wrażliwość szkła na koncentracje naprężeń. Tradycyjne podejście do projektowania szklanych belek polega głównie na wykorzystaniu szkła hartowanego, bardziej wytrzymałego niż szkło płaskie, laminowaniu kilku tafli w celu minimalizacji prawdopodobieństwa całkowitego zniszczenia belki, wymiarowaniu z ekstremalnie wysokimi współczynnikami bezpieczeństwa oraz stosowaniu dodatkowych tafli mających chronić nośny trzon laminatu. Takie konserwatywne techniki są nieekonomiczne i nie wykorzystują w pełni własności wytrzymałościowych szkła. Planowany projekt badawczy bazuje na innej koncepcji. Polega ona na kombinacji szkła z drewnem w taki sposób, aby połączenie ich własności stworzyło synergiczną hybrydę, której własności są bardziej korzystne niż suma oddzielnych właściwości poszczególnych materiałów. Po osiągnięciu pewnego stopnia wytężenia zginanego przekroju pozostaje margines bezpieczeństwa, w którym element ulega dużym ugięciom - w ten sposób daje sygnał ostrzegawczy przed zbliżającą się utratą nośności. W tym stadium pracy przekroju szklany środnik jest zarysowany (spękany), a naprężenia rozciągające (w dolnych włóknach) przenosi drewniana półka. Drewno w przeciwieństwie do szkła dobrze znosi naprężenia rozciągające, stąd idealnie spełnia tę rolę. Poza tym półki wykonane z tego materiału stanowią dobre zabezpieczenie przed zwichrzeniem belki oraz chronią wrażliwe krawędzie szklanego środnika w miejscach przyłożenia obciążenia. Przedmiotem niniejszego projektu badawczego jest analiza zginanych hybrydowych drewnianoszklanych belek o przekroju dwuteowym. Przekrój składa się ze szklanego środnika i półek wykonanych z drewna klejonego. W uproszczeniu drewno przenosi siły podłużne wynikające z rozkładu momentu zginającego, a szkło siły poprzeczne. Materiałem spajającym szkło i drewno są kleje. Takie rozwiązanie posiada wiele zalet. Pierwszą jest fakt, że po osiągnięciu wytrzymałości przez szkło i powstaniu rys w rozciąganej strefie przekroju, drewniane półki w połączeniu z niezarysowaną (ściskaną) częścią przekroju są stanie dalej przenosić obciążenie. Drugą jest ciągliwość – koncepcja pozwala na dużo większe ugięcia w porównaniu z belkami wykonanymi wyłącznie ze szkła. Dlatego jedną z najważniejszych zalet takich belek jest duża nośność szczątkowa po pojawieniu się pierwszej rysy w szkle. W literaturze okres od pojawienia się pierwszej rysy w środniku do kompletnego zniszczenia elementu nazywany jest „marginesem bezpieczeństwa”. Dostarcza on nam ostrzegawczy sygnał, że belka jest przeciążona i dostarcza czas na działania zaradcze. Projekt współfinansowany ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego
