Projekty a granty

Pravděpodobnostní posouzení ŽB mostovky vystavené působení chloridů s ohledem na rozdílné betonové směsi

SP2015/131

Koroze výztuže je jedním z hlavních problémů při ohrožení trvanlivosti železobetonových konstrukcí. Účinky posypových solí obsahujících chloridy mají významný vliv právě na započetí koroze výztuže u betonových mostů [1], [2], [3]. Pronikání chloridů je časově závislý difuzní proces, který může být popsán druhým Fickovým zákonem [4], [1]. Model [5] zohledňuje propagaci koroze i efekt zrání betonu, avšak pravděpodobnostní aplikace je omezená. Velká časová náročnost modelu [1] při aplikaci pravděpodobnostní metody Monte Carlo vedla autory k vytvoření vlastního zjednodušeného algoritmu a následně funkčního programu, který by výpočetní proces urychlil [6]. Pro programování bylo využito prostředí MatLab. Algoritmus popisuje průběh pronikání chloridů v železobetonové mostovce v rámci 2D nestacionární úlohy. Modelování vlivu časově závislého difuzního součinitele, který v této úloze vystupuje jako jediná materiálová charakteristika betonu, bylo provedeno v [7]. Součástí práce bylo porovnání různých příměsí ve vysokopevnostních betonech. U této analýzy chybí posudek trvanlivosti vyjádřený iniciací koroze. V článku [8] financovaném v rámci SGS SP2014/186 byly předvedeny výsledky koncentrace chloridových iontů v konkrétním místě řezu přímo pojížděné mostovky při aplikaci časově závislého a nezávislého difuzního součinitele a nechráněné ocelové výztuže. Byly zde využity směsi klasického a vysokopevnostního betonu [9]. V modelu představeném v [8] chybí možnost zavedení trhliny do konstrukce pomocí odlišné hodnoty difuzního součinitele. Dále je nasnadě určení alternativních okrajových podmínek, které by zohledňovaly funkčnost hydroizolace, asfaltu a jejich porušení. V rámci předchozího výzkumu byla provedena deterministická analýza trvanlivosti [10] všech dostupných betonových směsí [9]. Dalším logickým krokem je pravděpodobnostní a citlivostní analýza založená na poznatcích z diplomové práce [11]. LITERATURA: [1]Konecny, P. - Tikalsky, P. J. - Tepke, D. G.: Performance Evaluation of Concrete Bridge Deck Affected by Chloride Ingress: Simulation-Based Reliability Assessment and Finite Element Modeling. Transportation Research Record. vol. 2020/2007, Transportation Research Board of the National Academies, ISSN: 0361-1981, Washington, DC, U.S.A. [2]Tikalsky, P. J. - Pustka, D. - Marek, P.: Statistical Variations in Chloride Diffusion in Concrete. ACI Structural Journal. Vol. 102, No.3, 2005, pp.481-486. [3] Vořechovská, D. - Podroužek, J. - Chromá, M. - Rovnaníková, P. - Teplý, B.: Modelling of Chloride Concentration Effect of Reinforcement Corrosion. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 24, 446-458., 2009. [4]Hooton, R.D., Thomas, M.D.A. and Standish, K. Prediction of Chloride Penetration in Concrete, Federal Highway Administration, Washington, D.C., No. FHWA-RD-00-142, pp. 405., 2001. [5]Bentz, E. - Thomas, M.D.A.: Life-365 Service Life Prediction Model, Computer Program for Predicting the Service Life and Life-Cycle Costs of Reinforced Concrete Exposed to Chlorides, 2001. [6]Lehner, P.: Numerical solution 2-D chloride diffusion problem using FEA, Ostrava, Bakalářská práce, fakulta Stavební, VŠB-TUO, 2012. [7]Lehner, P. - Konečný, P. - Ghosh, P. - Tran, Q.: Numerical analysis of chloride diffusion considering time-dependent diffusion coefficient. International Journal of Mathematics and Computers in Simulations, 2014, roč. 8, s. 103-106. ISSN 1998-0159. [8]Lehner, P., Konečný, P. Analysis of Durability of High Performance and Ordinary Concrete Mixtures with Respect to Chlorides, recenzní řízení Advances in Materials and Mechanics, 2014. [9]Ghosh, P. - Tran, Q.: Correlation between Bulk and Surface Resistivity of Concrete. International Journal of Concrete Structures and Materials, Accepted Nov. 2014: DOI 10.1007/s40069-014-0094-z. [10]Lehner, P., Konečný, P. Durability of Binary and Ternary Concrete Mixtures Considering Aging Effect, recenzní řízení ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences, 2014. [11]Lehner, P. Pravděpodobnostní analýza s využitím izoparametrických konečných prvků. Ostrava, Diplomová práce, fakulta Stavební, VŠB-TUO, 2013. [12]MAREK, P., et al. (2003). Probabilistic Assessment of Structures using Monte Carlo simulation. Basics, Exercises Software. Prague, Czech Republic: ITAM Academy of Sciences, ISBN 80-86246-19-1, 2003. PŘEHLED POUŽITÉ METODIKY: Upravený difuzní model - difuzní model popisuje transportní proces pomocí parciálních diferenciálních rovnic. Model navazuje na předchozí práce [7], [8], [10], kde je využito programovací prostředí MatLab. Ve všech případech se jedná o nestacionární úlohu, která popisuje narůstání chloridů v čase. V modelu je zaveden časově závislý difuzní součinitele a jsou využity čtyřuzlové izoparametrické prvky. Díky tomu bude možno připravit úlohu simulující trhlinu v konstrukci pomocí odlišného difuzního součinitele v konkrétních konečných prvcích. Podobně by mělo být možno zavést další materiály, jako jsou asfalt a hydroizolace a simulovat reálnou konstrukci i s porušením. Pravděpodobnostní analýza vlivu zrání betonu na pronikání chloridů - rámci pravděpodobnostního posudku budou aplikovány náhodně proměnné parametry do numerického modelu popisujícího difuzi chloridových iontů. K pravděpodobnostní analýze bude využito metody Monte Carlo. Při popisu vstupních parametrů bude použito useknutých histogramů dle metody SBRA – Simulation-Based Reliability Assessment [12]. V rámci projektu bude využit algoritmus [11], který vyvolává výpočetní model jako funkci a zavádí do něho vstupní data ve formě náhodně proměnných. ZDŮVODNĚNÍ ZAPOJENÍ JEDNOTLIVÝCH ČLENŮ: Ing. Petr Lehner – příprava podkladů dle zmíněné metodiky, sepsaní článků, výjezd na konferenci. PŘEDCHOZÍ DOSAŽENÉ VÝSLEDKY ČLENŮ TÝMU: 1.Lehner, P., Konečný, P. Numerické řešení 2D difuze s využitím MKP. In Structura 2012 : II. ročník mezinárodní stavební konference : Ostrava, 8.-9.11.2012. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2012, s. 1-6. 2.Konečný, P., Ghosh, P., Lehner, P. Consideration of time-effect on the modeling of chloride diffusion in concrete. In Modelování v mechanice 2013 : sborník příspěvků vědecké konference : 22. a 23. května 2013, Ostrava, Czech Republic. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013, s. 1-7. 3.Lehner, P., Konečný, P. Analýza 2D difuze chloirdů pomocí metody konečných prvků s ohledem na model s časově závislým difuzním součinitelem. In Structura Stavební trendy 2013 : 3. ročník mezinárodní stavební konference : ekologie, energetika, bezpečnost, udržitelnost : sborník prací ke konferenci : Vysoká škola báňská - Technická univerzita Ostrava, Fakulta stavební, 7.11-8.11.2013. Ostrava : VŠB - Technická univerzita Ostrava, 2013, s. 147-152. 4.Lehner, P., Konečný, P., Ghosh, P. Finite element analysis of 2-D chloride diffusion problem using FEA considering time-dependent diffusion coefficient model. In Proceeding of the international conferences : AMATH'13, DIMACOG'13, CSECS'13, IPPR'13, REMOTE'13, COSTMA'13, USCUDAR'13 : Budapest, Hungary, December 10-12, 2013. Cambridge : WSEAS Press, 2013, s. 1-4. HARMONOGRAM ŘEŠENÍ: únor - březen: úprava MKP modelu s ohledem na trhliny v betonu, duben - červen: úprava MKP modelu s ohledem na simulaci hydroizolace pod asfaltem, případně epoxidové ochrany, červenec - srpen: tvorba pravděpodobnostního algoritmu využívajícího vytvořené výpočetní modely a získání výsledků, duben - říjen: příprava publikací, listopad: konference, rezerva.

2015

2015

Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy

SGS

Specifický výzkum VŠB-TUO

Lehner Petr Ing., Ph.D.