autoreferat - Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

autoreferat - Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska

ZAŁĄCZNIK NR 1
dr inż. Jacek Korentz
Instytut Budownictwa
Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska
Uniwersytet Zielonogórski
AUTOREFERAT
OPIS DOROBKU I OSIĄGNIĘĆ NAUKOWYCH
ZAWARTOŚĆ ZAŁĄCZNIKA
1. Dane osobowe
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe
3. Informacja o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych
4. Wskazanie osiągnięcia naukowego
a) Autor, tytuł publikacji, rok wydania
b) Omówienie celu naukowego i osiągniętych wyników wraz z omówieniem ich ewentualnego wykorzystania
5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych
6. Zestawienie ilościowe i punktowe najważniejszych osiągnięć naukowo-badawczych
a) Opis publikacji
b) Wskaźniki oceny dorobku naukowego
7. Nagrody za działalność naukową
8. Referaty wygłoszone na międzynarodowych i krajowych konferencjach tematycznych
Zielona Góra, sierpień 2015r
AUTOREFERAT
1. Imię i Nazwisko
Jacek Korentz
2. Posiadane dyplomy, stopnie naukowe z podaniem nazwy, miejsca i roku ich uzyskania oraz tytuł
rozprawy doktorskiej
1992 stopień doktora nauk technicznych,
Politechnika Wrocławska, Instytut Budownictwa,
tytuł rozprawy „Odporność stref przypodporowych rygli ram żelbetowych na obciążenia cykliczne”
rozprawa została wyróżniona, Promotor: prof. dr hab. Stanisław Misztal,
Recenzenci: Prof. dr hab. Jan Kmita, prof. dr Władysław Kuczyński
1980 tytuł zawodowy magister inżynier budownictwa w zakresie technologii i organizacji budownictwa,
Wyższa Szkoła Inżynierska w Zielonej Górze, Instytut Budownictwa i Inżynierii Środowiska,
3. Informacje o dotychczasowym zatrudnieniu w jednostkach naukowych
Miejsce zatrudnienia:
Uniwersytet Zielonogórski
Wydział Budownictwa, Architektury i Inżynierii Środowiska
Instytut Budownictwa
Zakład Konstrukcji Budowlanych
65-417 Zielona Góra, ul. Licealna 9
Historia zatrudnienia:
od 2009:
starszy wykładowca w Zakładzie Konstrukcji Budowlanych Instytutu Budownictwa
Uniwersytetu Zielonogórskiego
1992-2009:
adiunkt w Zakładzie Konstrukcji Budowlanych Instytutu Budownictwa
Politechniki Zielonogórskiej
w tym
w latach 2007-2010 Kierownik Zakładu Konstrukcji Budowlanych
1989-1992:
specjalista w Pracowni Konstrukcji Budowlanych
1981-1989:
asystent i starszy asystent (od 1984r) w Zakładzie Konstrukcji Budowlanych
Instytutu Budownictwa Wyższej Szkoły Inżynierskiej w Zielonej Górze
4. Wskazanie osiągnięcia wynikającego z art. 16 ust. 2 ustawy z dnia 14 marca 2003 r. o stopniach
naukowych i tytule naukowym oraz o stopniach i tytule w zakresie sztuki (Dz. U. nr 65, poz. 595
ze zm.)
a) Autor, tytuł publikacji, rok wydania, nazwa wydawnictwa, recenzenci wydawniczy
Jacek Korentz
Metoda analizy żelbetowych elementów prętowych w stanie deformacji pozakrytycznych
Studia z Zakresu Inżynierii, nr 90, 2015r
Polska Akademia Nauk, Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej
Recenzenci: Prof. dr hab. inż. Andrzej Łapko, Prof. dr hab. inż. Włodzimierz Starosolski
2
Jacek Korentz
b) Omówienie celu naukowego ww. pracy i osiągniętych wyników wraz z omówienie ich ewentualnego
wykorzystania
◦ Wprowadzenie
W wielu przypadkach konstrukcje mogą pracować w stanie deformacji pozakrytycznych, jak ma to miejsce
podczas wstrząsów sejsmicznych o dużej intensywności, czy też podczas oddziaływań wyjątkowych takich
jak eksplozja, czy katastrofy komunikacyjne.
Konstrukcje poddane oddziaływaniom sejsmicznym i wyjątkowym muszą wykazywać się wystarczającą nośnością po przejściu w fazę pracy plastycznej tj. po przejściu w zakres deformacji pozakrytycznych. Dlatego
konstrukcje te muszą charakteryzować się odpowiednią ciągliwością globalną i lokalną. Aby dokonać oceny ciągliwości projektowanych konstrukcji żelbetowych konieczne jest korzystanie z metod analitycznych,
które dają możliwość racjonalnego prognozowania zachowania tych elementów. Ocena pracy elementów
żelbetowych w stanie deformacji pozakrytycznych wymaga zastosowania bardziej złożonych metod analizy konstrukcji, innych niż w przypadkach typowych, ponieważ dochodzi do uplastycznienia materiałów, z
których są one wykonane, a konstrukcje doznają dużych deformacji.
W analizie konstrukcji poddanych dużym deformacjom należy stosować odpowiednie związki konstytutywne dla betonu i stali, w szczególności odpowiednio opisujące zależności między naprężeniami a odkształceniami po przekroczeniu maksymalnego naprężenia, czy też po przekroczeniu granicy plastyczności.
W przypadku betonu będą to związki opisujące opadającą gałąź zależności naprężenie-odkształcenie, a w
przypadku stali zbrojeniowej będzie to opis plastycznego wzmocnienia, odkształcenia graniczne, maksymalne naprężenie. Konieczne jest też uwzględnienie dynamicznego charakteru obciążeń, a także, co jest z
tym związane, ich cyklicznego działania, co czyni analizę zachowania się konstrukcji bardziej złożoną.
Wówczas metody analityczne stają się bardzo rozbudowane, a do tego są czaso- i pracochłonne. Bardzo
pomocne w tym przypadku są metody numeryczne bazujące na metodzie elementów skończonych. Jednak metody analityczne oceny pracy konstrukcji w stanie deformacji pozakrytycznych można bardzo uprościć bez szkody dla ich dokładności. Celem naukowym pracy było opracowanie metody analitycznej służącej do oceny pracy elementów żelbetowych w stanie deformacji pozakrytycznych.
◦ Zawartość pracy
Monografia składa się z dziesięciu rozdziałów, które zawierają całościowy opis proponowanej metody analizy pracy przekroju w stanie deformacji pozakrytycznych, począwszy od opisu stanów pozakrytycznych i
kryteriów ich osiągnięcia zilustrowanych obrazem uszkodzeń elementów konstrukcyjnych, przedstawieniu
i przeglądu modeli betonu i stali zbrojeniowej stosowanych w tego typu analizach, prezentacji metod oceny pracy przekroju i elementów konstrukcyjnych w stanie deformacji pozakrytycznych i skończywszy na
przedstawieniu i opisie metod analizy pracy przekroju żelbetowego poddanego działaniu momentu zginającego, a także momentu zginającego i siły podłużnej pod wpływem obciążeń monotonicznych i obciążeń
cyklicznych.
W rozdziale 2 scharakteryzowano obciążenia sejsmiczne, niebędące obciążeniami eksploatacyjnymi, które
mogą doprowadzić do tego, że konstrukcja przekroczy klasyczne stany graniczne nośności bądź użytkowalności i zacznie pracować w stanie deformacji plastycznych. W rozdziale tym przede wszystkim przedstawiono i opisano zachowanie się żelbetowych konstrukcji prętowych w stanie deformacji pozakrytycznych. W stanach pozakrytycznych w konstrukcjach i elementach żelbetowych może dochodzić do różnych
procesów destrukcyjnych w betonie oraz zbrojeniu podłużnym i poprzecznym, co nie musi oznaczać, że
konstrukcja ulegnie zniszczeniu. W wyniku działania obciążeń sejsmicznych i obciążeń wyjątkowych konstrukcja musi przetrwać tak, aby życie ludzkie było chronione, a urządzenia technologiczne niezniszczone. I
nie jest ważne jak dużych uszkodzeń dozna konstrukcja. Niekiedy wymaga się od konstrukcji, aby mogących w niej wystąpić stan uszkodzeń był taki, by konstrukcję można było przywrócić do stanu pierwotnego
znanymi metodami naprawczymi.
W analizie pracy przekrojów w stanie deformacji pozakrytycznych konieczna jest znajomość zachowania
się materiałów po osiągnięciu wytrzymałości i wymaga zastosowania dokładnych modeli materiałów opisujących to zachowanie w całym zakresie odkształceń. Ponadto trzeba uwzględnić wszystkie uwarunkowania konstrukcyjne wpływające na właściwości mechaniczne materiałów. W przypadku betonu będzie to
wzrost jego wytrzymałości i odkształcalności w wyniku skrępowania betonu zbrojeniem poprzecznym. Z
tego względu w analizach pracy elementów żelbetowych trzeba zastosować odpowiednie modele różnicujące zachowanie się betonu otuliny i zachowanie się betonu wewnątrz szkieletu zbrojenia. Natomiast w
przypadku modeli prętów zbrojenia podłużnego trzeba uwzględnić możliwość ich niesprężystego wybo3
AUTOREFERAT
czenia, na co ma wpływ rozstaw i konfiguracja strzemion. Ponad to w analizie pracy elementów żelbetowych obciążonych cyklicznie, trzeba również zastosować modele materiałów pod wpływem tak działających obciążeń. Rozdział 3 jest przeglądem badań doświadczalnych dotyczących zachowania i właściwości
mechanicznych betonu, a przede wszystkim przeglądem dostępnych w literaturze modeli betonu nieskrępowanego i skrępowanego pod wpływem obciążeń monotonicznych i obciążeń cyklicznych. Z kolei w rozdziale 4 zamieszczono wyniki badań i analiz zachowania się prętów zbrojenia, wykonanych z różnych gatunków stali, poddanych rozciąganiu, ściskaniu i obciążeniom cyklicznym. Przedstawiono także modele
pracy prętów zbrojenia monotonicznie rozciąganego, monotonicznie ściskanego i obciążonego cyklicznie,
w których uwzględniono możliwość ich niesprężystego wyboczenia.
Oceny zachowania się konstrukcji w stanie deformacji pozakrytycznych można dokonać na podstawie odpowiednich miar określających ich odporność na działające obciążenia. Pożądanym zachowaniem się konstrukcji jest zachowanie ciągliwe, którym jest nazywana zdolność konstrukcji do przenoszenia deformacji
plastycznych bez istotnego spadku nośności. Oceny ciągliwości można dokonywać na poziomie materiału,
przekroju, elementu i konstrukcji przy zastosowaniu różnych miar, których dobór zależy od różnych czynników. Rozdział 5 zawiera przegląd najczęściej stosowanych miar oceny pracy konstrukcji w stanie deformacji pozakrytycznych.
Następstwem przeciążenia konstrukcji jest jej zamiana w mechanizm, spowodowana powstaniem przegubów plastycznych. Przeguby plastyczne są zdolne do przenoszenia określonych sił i momentów. Rozdział 6
zawiera podstawowe informacje o rodzajach przegubów plastycznych, które występują w konstrukcjach
żelbetowych, ich wpływu na deformacje prętowych elementów żelbetowych, a także zawiera formuły do
obliczania długości przegubów plastycznych i ich plastycznego obrotu.
Rozdział 7 jest poświęcony analizie stanów granicznych nośności i użytkowalności zginanych elementów
żelbetowych. Szczególną uwagę poświęcono analizie deformacji belek żelbetowych. Zamieszczono w nim
autorski trójliniowy model zależności moment-krzywizna. Model stanowi podstawę do oceny ciągliwości
zginanych przekrojów i elementów żelbetowych i obliczeń ugięcia belek żelbetowych. Przedstawiono procedurę analizy ciągliwości przekrojów i elementów żelbetowych, a także wzory do obliczania ugięcia doraźnego, ugięcia trwałego i ugięcia belek z przegubami plastycznymi.
W rozdziale 8 zamieszczona jest opis metody analizy pracy żelbetowego przekroju zginanego w stanie deformacji pozakrytycznych. Przedstawiono w nim związki między momentem zginającym a krzywizną przekroju we wszystkich fazach pracy przekroju. Poza znanymi trzema fazami pracy przekroju zdefiniowano i
wprowadzono jeszcze kilka faz pracy po przekroczeniu stanu granicznego nośności wynikającego z odkształceniowej hipotezy zniszczenia. Te nowe fazy pracy to odspojenie otuliny, niesprężyste wyboczenie
prętów zbrojenia ściskanego, kruszenie betonu w rdzeniu przekroju, zerwanie rozciąganych prętów zbrojenia. Na podstawie zależności moment-krzywizna podano procedury analizy ciągliwości zginanych elementów żelbetowych. Zależności moment krzywizna opracowano dla obciążeń monotonicznych i obciążeń
cyklicznych, w których następuje zmiana znaku obciążenia. Przedstawiona procedura dla obciążeń cyklicznych polega na określeniu związków między momentem zginającym a krzywizną tylko dla obwiedni pętli
histerezy.
Rozdział 9 dotyczy metod analizy pracy żelbetowego przekroju poddanego jednoczesnemu działaniu momentu zginającego i siły podłużnej. W rozdziale tym przedstawiono związki do obliczania charakterystycznych punktów krzywych interakcji pomiędzy siłą podłużna a momentem zginającym, a także związki do obliczania wybranych punktów krzywych interakcji pomiędzy siłą podłużną a krzywizną przekroju. Podano
również zależności do określania związków pomiędzy momentem zginającym a krzywizną przekroju dla
różnych poziomów siły podłużnej we wszystkich fazach pracy przekroju.
◦ Podsumowanie
W monografii zaproponowano metodę analizy przekroju żelbetowego obciążonego momentem zginającym i siłą podłużą. Metodę tą opracowano zarówno dla obciążeń monotonicznych jak i obciążeń cyklicznych. Praca poświęcona jest stanom pozakrytycznym, które mogą wystąpić w prętowych elementach żelbetowych. Przedmiotem pracy jest analiza pracy przekroju żelbetowego we wszystkich jego fazach pracy,
ze szczególnym uwzględnieniem zachowania się przekroju w zakresie deformacji plastycznych. W analizie
tej uwzględnione są wszystkie procesy destrukcyjne w przekroju od chwili jego zarysowania, aż do momentu całkowitego wyczerpania jego nośności. Uwzględniono pękanie betonu strefy rozciąganej, uplastycznienie rozciąganego zbrojenia podłużnego, kruszenie i odspojenie betonu otuliny, uplastycznienie i
niesprężyste wyboczenie ściskanych prętów zbrojenia podłużnego, kruszenie betonu w rdzeniu przekroju,
a także zerwanie prętów zbrojenia podłużnego. Uwzględniono również zróżnicowane właściwości betonu
4
Jacek Korentz
otuliny i betonu wewnątrz szkieletu zbrojenia, a także odmienne zachowanie się ściskanych i rozciąganych
prętów zbrojenia podłużnego. Prezentowana metoda analizy pracy przekrojów żelbetowych w stanie deformacji pozakrytycznych dotyczy jedynie elementów pryzmatycznych izostatycznych i nie uwzględniają
możliwości ich przejścia w fazę pracy quasi cięgnową.
Podstawowym założeniem proponowanej metody analizy jest określenie i zdefiniowanie wszystkich faz
pracy przekroju zginanego, ze szczególnym uwzględnieniem stanów pozakrytycznych, które mogą pojawić
się w elementach żelbetowych. Pozostałe założenia dotyczą modeli materiałów i sposobów analizy zachowania się przekrojów i elementów żelbetowych w przypadku działania obciążeń monotonicznych i obciążeń cyklicznych.
Przyjęto, że przedmiotem analizy mogą być wszystkie procesy destrukcyjne, które mają miejsce w elementach żelbetowych podczas narastającego obciążenia. Modele materiałów uwzględniają ich rzeczywiste zachowanie się w poszczególnych fazach wytężenia przekroju. Dlatego zróżnicowano zachowanie się betonu
otuliny i betonu wewnątrz szkieletu zbrojenia oraz zróżnicowano zachowanie się ściskanych i rozciąganych
prętów zbrojenia podłużnego. Ponad to w modelach betonu uzwojonego uwzględniono wpływ gradientu
odkształceń na właściwości betonu strefy ściskanej, a w modelu prętów zbrojenia ściskanego uwzględniono możliwość ich niesprężystego wyboczenia. Modele materiałów zróżnicowano także ze względu na rodzaj działających obciążeń; inne związki konstytutywne opisują zachowanie prętów zbrojenia pod wpływem obciążeń monotonicznych i inne pod wpływem działania obciążeń cyklicznych. Zaproponowano bardzo ciekawą metodę globalnej analizy przekroju pod wpływem obciążeń cyklicznych, w której analizę
wpływu obciążeń cyklicznych na pracę przekroju zginanego lub ściskanego mimośrodowo ograniczono jedynie do określania przebiegu obwiedni pętli histerezy. Taki podejście bardzo upraszcza obliczenia, ponieważ nie trzeba analizować ścieżek obciążenia, odciążenia i ponownego obciążenia, czy też zmiany znaku obciążenia.
Zaproponowany sposób analizy jest przeprowadzony przede wszystkim na dwóch najniższych, podstawowych poziomach odniesienia; na poziomie punktu i na poziomie przekroju. Może on być przeniesiony na
kolejne poziomy odniesienia, jakim są element i ustrój. Część analiz została przeprowadzona na poziomie
elementu przez zastosowanie zasady rozmytego przegubu plastycznego o określonej długości. Sposób
analizy umożliwił ustalenie lokalnych materiałowych związków konstytutywnych i opisanie na podstawie
hipotezy płaskich przekrojów globalnych przekrojowych związków konstytutywnych pozwalających na
określenie zależności między siłami przekrojowymi a krzywizną przekroju. Analiza uwzględnia oprócz nieliniowości materiałowej również nieliniowość geometryczną w rozważaniach dotyczących elementu. Znajomość rozkładu sił przekrojowych, lokalizacji przegubów plastycznych i rozkładu krzywizny na długości
elementów pozwala na analizę pracy elementów i konstrukcji. Taki sposób postępowania pozwala na
uwypuklenie roli określonych parametrów charakteryzujących konstrukcje z betonu dla przyjętego poziomu odniesienia między innymi takich jak wytrzymałość betonu na ściskanie, granica plastyczności stali,
stopień zbrojenia, siła krytyczna w zbrojeniu ściskanym. Proponowana metoda analizy umożliwia opisanie
odkształceń na poziomie przekroju w całym zakresie obciążenia od chwili zarysowania poprzez wszystkie
stany pozakrytyczne aż do chwili wyczerpania nośności. Daje to możliwość przede wszystkim oceny plastycznego obrotu przekroju żelbetowego i zmian jego nośności. Metoda ta umożliwia także śledzenia redystrybucji sił wewnętrznych w prętowych ustrojach statycznie niewyznaczalnych wraz ze wskazaniem
przekrojów krytycznych w konstrukcji. Warto zwrócić uwagę, że prezentowana metoda analizy obejmuje
wszystkie aspekty pracy przekroju w stanie deformacji pozakrytycznych.
Wyniki przeprowadzonych analiz wskazały na jakościową i ilościową zgodność obliczeniowych i doświadczalnych wielkości, charakteryzujących zachowanie się przekrojów, a także elementów prętowych konstrukcji żelbetowych pod wpływem obciążeń monotonicznych i obciążeń cyklicznych w całym zakresie deformacji.
Ważne jest też, że te same założenia są stosowane w odniesieniu do elementów zginanych i mimośrodowo ściskanych poddanych zarówno narastającemu obciążeniu monotonicznemu jak i narastającym obciążeniom cyklicznym.
Zaproponowane zależności mogą być przydatne w projektowaniu elementów konstrukcyjnych w obiektach zlokalizowanych na terenach aktywnych sejsmicznie, obiektów szczególnego znaczenia i obiektów narażonych na działanie obciążeń wyjątkowych. Pozwalają one na ocenę ciągliwości na dowolnym poziomie
analizy, a także na ocenę nośności, czy odkształcenia przekroju w funkcji zaawansowania obciążenia.
5
AUTOREFERAT
Zaproponowane modele materiałów i modele zależności moment-krzywizna mogą być zastosowane w
analizach numerycznych; dają możliwości komputerowej symulacji zachowania się przekrojów, elementów konstrukcyjnych, ustrojów o różnych cechach geometrycznych i wytrzymałościowych.
Założony cel naukowy pracy mógł być osiągnięty przede wszystkim dzięki opracowaniu przez autora i zastosowaniu w zaproponowanej metodzie analizy sposobem modelowania betonu strefy ściskanej, modelom prętów zbrojenia podłużnego, a także sposobem analizy elementów obciążonych cyklicznie. Zaprezentowana w monografii metoda analizy żelbetowych elementów prętowych w zakresie deformacji pozakrytycznych charakteryzuje się oryginalnym podejściem polegającym na:
1
Zastosowaniu nowego sposobu modelowania betonu uzwojonego w przekrojach zginanych i mimośrodowo ściskanych uwzględniającego gradient odkształceń (pozycja 2[4] według wykazu opublikowanych
prac naukowych - załącznik nr 3).
W analizie konstrukcji żelbetowych wykorzystuje się różne znane związki między nieprężeniami i odkształceniami dla betonu strefy ściskanej. Inne związki są stosowane dla betonu otuliny i inne dla betonu wewnątrz szkieletu zbrojenia. Stosowane dotychczas modele betonu uzwojonego zostały opracowane na podstawie badań elementów osiowo ściskanych i z tego względu mogą one być z powodzeniem stosowane przy odwzorowywaniu zachowania betonu uzwojonego w elementach, na które
działa jedynie osiowa siła podłużna. Zastosowanie tych modeli w analizie pracy elementów, w których
poza siłą podłużną pojawia się moment zginający może już być problematyczne. Podczas ściskania
osiowego strzemiona ograniczając odkształcenia poprzeczne betonu wywierają równomierne ciśnienie
boczne na całym obwodzie przekroju uzwojonego. Gdy na przekrój działa moment zginający mamy do
czynienia z gradientem odkształceń. Dlatego ciśnienie boczne działające na rdzeń przekroju w strefie
ściskanej jest zróżnicowane, a tym samym zróżnicowana będzie również wytrzymałość betonu skrępowanego na wysokości strefy ściskanej. W konsekwencji przyjęcie takiego samego modelu betonu
uzwojonego we wszystkich włóknach przekroju w strefie ściskanej może prowadzić do niewłaściwej
oceny zachowania elementów żelbetowych w zakresie deformacji pozakrytycznych.
Zaproponowany przez autora sposób modelowania betonu strefy ściskanej uwzględniający gradient
odkształceń polega na uśrednieniu właściwości mechanicznych betonu uzwojonego i betonu nieuzwojonego na wysokości strefy ściskanej. Wyniki przeprowadzonych analiz wykazały, że przyjęcie średnich
właściwości mechanicznych betonu uzwojonego i betonu nieuzwojonego na wysokości strefy ściskanej
w betonie wewnątrz szkieletu zbrojenia prowadzi do racjonalnej oceny nośności i ciągliwości elementów zginanych i ściskanych mimośrodowo.
2
Zastosowaniu nowych dwuparametrowych modeli zbrojenia ściskanego z uwzględnieniem ich niesprężystego wyboczenia pod wpływem obciążenia monotonicznego (poz. 4[1], załącznik 2)) i pod wpływem obciążeń cyklicznych (poz.3[3] załącznika nr 3).
Znane w literaturze modele fizyczne zbrojenia ściskanego uwzględniające niesprężyste wyboczenie
prętów odwzorowują zachowanie prętów wykonanych ze stali w wąskim zakresie właściwości mechanicznych lub wymagają dużej ilości danych. W modelu Consenza-Prota zachowanie prętów ściskanych
zależy od właściwości stali w chwili uplastycznienia tj. granicy plastyczności (f y,εy) i długości półki plastycznej (εh). Natomiast stosowanie modelu Dhakal-Maekawa, opracowanego na podstawie jednej
krzywej materiałowej i wymaga znajomości kompletnego przebiegu zależności σ-ε dla statycznej próby
rozciągania.
W proponowanym przez autora modelu zbrojenia ściskanego, związki między nieprężeniami a odkształceniami po jego uplastycznieniu zależą od dwóch parametrów tj. maksymalnego naprężenia (wytrzymałości stali) fst i odkształcenia dla maksymalnego naprężenia εst. Te dwa parametry stali, wytrzymałość i towarzysząca jej odkształcalność, przy stałym module Younga E s i znanej granicy plastyczności
(εsy,fsy) w pełni charakteryzują właściwości mechaniczne stali. Przyjęto, że zachowanie pręta ściskanego
obciążonego monotonicznie lub obciążonego cyklicznie zależy w zasadzie tylko od tych dwóch parametrów wyrażających ciągliwość stali zbrojeniowej, która wg EC2 jest określana ilorazem f st/fsy i przede
wszystkim odkształceniem εst. W przypadku obciążeń cyklicznych model zbrojenia na przemian ściskanego i rozciąganego opisuje tylko przebieg obwiedni pętli histerezy.
Na podkreślenie zasługuje fakt, że dobra zgodność modeli z badaniami obserwowana jest dla szerokiego zakresu smukłości prętów i bardzo zróżnicowanych właściwości mechanicznych stali, z których wykonane są pręty.
3
Zastosowaniu globalnej metody analizy pracy przekroju pod wpływem działania obciążeń cyklicznych
(poz.5[2] załącznika nr 3)
6
Jacek Korentz
Modelowanie pracy przekroju lub elementu obciążonego cyklicznie jest pracochłonne, ponieważ konieczne jest przyjmowanie bardzo złożonych modeli fizycznych betonu i stali uwzględniających wielokrotne obciążanie, odciążanie, ponowne obciążanie oraz zmianę znaku obciążenia. W taki sam sposób
trzeba też odwzorować pracę elementu opisują ścieżki równowagi statycznej w poszczególnych fazach
cykli obciążenia.
Wyniki badań doświadczalnych pozwalają na sformułowanie tezy, że możliwe jest prognozowanie globalnego zachowania belek i słupów żelbetowych pod wpływem obciążeń cyklicznych jedynie na podstawie przebiegu obwiedni pętli histerezy bez konieczności identyfikacji ścieżek obciążenia w poszczególnych cyklach, a przebieg obwiedni pętli histerezy dla elementu obciążonego cyklicznie można ustalić
na podstawie zależności moment-krzywizna dla przekrojów w strefie przegubu plastycznego. Wymaga
to przyjęcia w analizie pracy przekroju odpowiednich modeli fizycznych i związków konstytutywnych
dla betonu i prętów zbrojenia podłużnego.
Gdy beton poddany jest ściskającym lub rozciągającym obciążeniom cyklicznym wówczas wierzchołki
poszczególnych pętli histerezy niemal pokrywają się z krzywa dla obciążenia monotonicznego. Z tego
względu do opisu zależności σ-ε betonu obciążonego cyklicznie mogą posłużyć zależności dla obciążeń
monotonicznych. Do opisu zachowania się prętów zbrojenia obciążonego cyklicznie przyjmowane są
zależności σ-ε opisujące również tylko przebieg obwiedni pętli histerezy.
Proponowana metoda analizy pracy przegubu plastycznego pod wpływem obciążeń cyklicznych oparta
jest na konwencjonalnej analizie pracy przekroju zginanego na podstawie, której otrzymuje się związki
między krzywizną a skrajnymi odkształceniami w przekroju. Poza przyjęciem hipotezy płaskich przekrojów w całym zakresie obciążeń przyjęto jeszcze następujące założenia: ◦ zależności σ-ε dla betonu
określone są z uwzględnieniem wpływu zbrojenia poprzecznego i podłużnego na wytrzymałość i odkształcalność betonu, ◦ zależności σ-ε dla prętów zbrojenia podłużnego ustalane są dla obciążeń cyklicznych i uwzględniają możliwość ich niesprężystego wyboczenia, ◦ sztywność strzemion na rozciąganie jest wystarczająca, ◦ każdy pręt zbrojenia podłużnego znajduje się w narożach strzemion. Na całej
długości przegubu plastycznego przyjmuje się stałą uśrednioną krzywiznę otrzymaną w wyniku przeprowadzonej analizy pracy przekroju
Praca jest adresowana dla pracowników nauki, doktorantów, jak i projektantów konstrukcji na terenach
aktywnych sejsmicznie. Przedstawiona metoda analizy pozwala na ocenę rezerwy plastycznej, z którą możemy mieć do czynienia w konstrukcjach żelbetowych.
Monografia jest wynikiem wieloletnich studiów, stanowi podsumowaniem mojego dorobku naukowego
po uzyskaniu stopnia doktora. Zacytowano w niej trzydzieści pięć samodzielnych pozycji opublikowanych
w recenzowanych materiałach konferencyjnych i czasopismach krajowych. Zdecydowana większość tych
prac została opublikowana w ostatnich dziesięciu latach.
5. Omówienie pozostałych osiągnięć naukowo-badawczych
Podstawowa problematyka naukowa, którą aktualnie zajmuje się dotyczy zachowania się konstrukcji w stanie
deformacji pozakrytycznych. Jednak w mojej pracy naukowej zajmowałem się również innymi zagadnieniami,
do których można zaliczyć:
◦ wpływ bardzo niskich temperatur na właściwości mechaniczne betonu i elementów żelbetowych,
◦ wykorzystanie wycofanych z eksploatacji lin górniczych w elementach wstępnie sprężonych,
◦ zastosowanie metody analogi kratownicowej w projektowaniu konstrukcji żelbetowych i projektowaniu
wzmocnień konstrukcji żelbetowych,
◦ metody analizy wzmacnianych belek żelbetowych,
◦ wpływy parasejsmiczne i sejsmiczne na budynki i budowle.
a) Beton i żelbet w warunkach kriogenicznych (przed doktoratem)
Brałem czynny udział w programie badań „Badania wpływu niskich temperatur na trwałości konstrukcji
żelbetowych”, podtemat PR-2.13.6.13, wykonywanego w ramach drugiego Programu Rządowego PR-2
„Optymalne wykorzystanie zasobów i rozwój produkcji wyrobów z miedzi”. Zainteresowanie tym tematem, w latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku, wynikało między innymi z problemu skraplania i przechowywania skroplonych gazów. W ramach tego tematu przeprowadzono szereg wstępnych badań doświadczalnych dotyczących zachowania się zaczynów cementowych, betonu, stali zbrojeniowej i prostych
7
AUTOREFERAT
elementów żelbetowych w bardzo niskich temperaturach (do -195oC). Mój procentowy udział szacuję na
30%. Później badania były prowadzone w ramach Grantu nr DNS-T-04/080/90-2 pt. „Własności mechaniczne żelbetu i betonu sprężonego w warunkach kriogenicznych”, w którym aktywnie uczestniczyłem,
mój udział oceniam na 50%. Prace były wykonywane w zespole badawczym, którym kierował doc. Mikołaj
Kłapoć. Wyniki tych badań zostały opublikowane w pięciu pracach (poz. 4[8], 4[9], 4[10], 5[32], 5[33] załącznika nr 3). Wnioski z tych prac były bardzo interesujące; przeprowadzone badania wykazały bardzo
istotny wpływ bardzo niskich temperatur na właściwości betonu, stali zbrojeniowej i elementów żelbetowych w stanie zamrożonym i po rozmrożeniu. Dziś problem ten jest znowu aktualny, skroplone gazy już
mają i będą miały bardzo duże zastosowanie w energetyce.
b) Wykorzystanie wycofanych z eksploatacji lin górniczych w elementach wstępnie sprężonych (przed
doktoratem)
Na przełomie lat osiemdziesiątych i dziewięćdziesiątych ubiegłego wieku brałem udział w pracach zespołu
doc. Mikołaja Kłapocia zajmującym się zagadnieniem zastosowania wycofanych z eksploatacji lin górniczych w konstrukcjach sprężonych. Wycofane z eksploatacji liny górnicze, po rozpleceniu na sploty, okazały się pełnowartościowym materiałem do sprężania elementów z betonu. W ramach programu badawczego finansowanego przez KGHM Lubin zaprojektowano i wykonano maszynę do rozplatania lin górniczych,
wykonano badania wytrzymałościowe uzyskanych w ten sposób splotów, wykonano elementy sprężone
takimi splotami. Były to sprężone płyty kanałowe typu Spiroll, dachowe płyty panwiowe PSFF-2, sprężone
płyty typu TT i dźwigary strunobetonowe typu SB. Przeprowadzono badania polowe wykonanych elementów sprężonych pod wpływem obciążeń doraźnych i obciążeń długotrwałych. Uzyskane wyniki badań potwierdziły przydatność splotów z lin górniczych do sprężenia, a zachowanie się badanych elementów spełniało wszystkie wymagania normowe.
Z badań elementów sprężonych sporządzono raporty, a wyniki tych badań zostały opublikowane i zaprezentowane na konferencji w Krynicy (poz.5[11] załącznika nr 3). Przeprowadzone prace i badania zaowocowały uzyskaniem jednego patentu na sposób rozplatania lin wielosplotowych (poz. 9[3] załącznika nr 3) i
uzyskaniem wzoru użytkowego na element wstępnie sprężony splotami z lin górniczych (poz. 9[4] załącznika nr 3). Ponad to zespół badawczy otrzymał nagrodą Ministra Edukacji Narodowej drugiego stopnia z
tytułu osiągnięć naukowych i postępu naukowo-technicznego. Wyniki prac zostały wdrożone do produkcji
na początku lat dziewięćdziesiątych, wykonano maszyną do rozplatani lin i produkowano sprężone płyty
kanałowe w PREFAB-cie Lubin.
Swój główny udział miałem w projektowaniu elementów sprężonych, ich badaniach doświadczalnych, analizie i interpretacji uzyskanych wyników badań. Niektóre z moich pomysłów zostały także wykorzystane w
projekcie maszyny do rozplatania lin górniczych. Mój wkład w pracy określam na około 25%.
c) Zastosowanie modeli ST w projektowaniu konstrukcji żelbetowych i ich wzmocnień (po doktoracie)
Brałem udział w pracach zespołu Prof. Józefa Wranika, który zajmował się zastosowaniem modeli ST w
analizie i projektowaniu szczególnych rozwiązań konstrukcyjnych w elementach zespolonych i żelbetowych; można tu wymienić:
◦ Wymiarowanie złącza tarczy żelbetowej zespolonej z dźwigarem stalowym. W obliczeniach połączenia
tarczy z dźwigarem stalowym zastosowano modele prętowe ST, które pozwalają na budowanie bardzo
prostych modeli prętowych globalnych i lokalnych o różnym stopniu dokładności. Wyniki tych analiz zostały opublikowane w materiałach konferencyjnych (poz. 5[23] złącznika nr 3).
◦ Sposób zbrojenia naroży ram o zespolonym przekroju rygla, jak ma to miejsce w przypadku sztywnego
połączenia belki zespolonej ze słupem stalowym. Wówczas pojawia się problem konstrukcyjny dotyczący
obliczania momentu podporowego przenoszonego przez połączenie słupa stalowego z ryglem zespolonym, jak również sposobu zbrojenia styku beton-stal w strefie połącznia, a także rozłożenia i kotwienia
prętów zbrojenia podłużnego płyty w węźle. Wyniki tych badań zostały opublikowane pracy pod poz.
2[7] załącznika nr 3.
◦ Obliczanie nośności na ścinanie elementów z mieszanym zbrojeniem poprzecznym. Między innymi zaproponowano wzór do obliczania nośność betonowego krzyżulca ściskanego w elementach, w których w
strefie ścinania stosuje się jednocześnie strzemiona prostopadłe do osi elementu i pręty odgięte. Norma
Eurokod 2 nie podaje sposobu postępowania i wzorów do sprawdzania nośności betonowych krzyżulców
ściskanych w elementach z mieszanym zbrojeniem poprzecznym. Metodologię i wzory do obliczenia nośności betonowych krzyżulców ściskanych opublikowano w czasopiśmie (poz. 3[6] załącznika nr 3).
8
Jacek Korentz
◦ Problematykę wzmacniania tarcz żelbetowych (prace poz.2[5], 2[7], załącznika nr 3), która może mieć
miejsce podczas przeprowadzania zamian funkcjonalnych w istniejących żelbetowych budynkach o konstrukcji ścianowej. W takim przypadku często dochodzi do wykonywania otworów okiennych lub
drzwiowych w istniejących tarczach żelbetowych. Wówczas analiza trajektorii naprężeń głównych i zastosowanie na tej podstawie modeli ST jest bardzo efektywnym narzędziem wymiarowania wzmocnień
tarcz osłabionych wykonywanymi otworami.
◦ Analizę pracy połączenia zespolonego przekroju rygla ze słupem stalowym pod wpływem obciążeń cyklicznych (poz.2[9] załącznika nr 3). Działanie momentu zginającego o zmiennym znaku i różnych wartościach bezwzględnych wymaga zastosowania odpowiedniego zbrojenia w strefie zespolenia. W przypadku konieczności zastosowania bardzo dużego pola powierzchni zbrojenia łączącego rygiel z płytą bardziej
efektywne jest zastosowanie niesymetrycznego połącznia zębatego.
d) Analiza pracy wzmacnianych belek żelbetowych (po doktoracie)
Zajmowałem się również analizą pracy przekrojów wzmacnianych różnymi technikami naprawczymi przy
wykorzystaniu różnych materiałów naprawczych. W wyniku przeprowadzonych prac opracowałem model
zależności moment-krzywizna dla wzmocnionych żelbetowych przekrojów zginanych. Model ten posłużył
do analizy odkształceń belek żelbetowych wzmacnianych różnymi materiałami naprawczymi dla różnych
stanów wytężenia belek przed wzmocnieniem. Zaproponowałem metodę obliczania ugięcia belek żelbetowych wzmocnionych materiałem kompozytowym. Przeprowadziłem także analizy efektywności różnych
technik wzmocnienia przy zastosowaniu różnych materiałów naprawczych o zróżnicowanych właściwościach mechanicznych. Ponad to zaproponowałem sposób wymiarowania wzmocnień belek żelbetowych
w strefie zginania. Prezentowane prace mogą stanowić wytyczne do projektowania wzmocnień belek żelbetowych. Wyniki tych prac zostały opublikowane w czasopismach i materiałach konferencyjnych (poz.
2[1], 2[2], 2[3], 3[5], 3[6], 3[7], 3[12], 4[2] załącznik nr 3). Mój udział procentowy wynosi 100%.
e) Wpływy sejsmiczne i para sejsmiczne na budynki i budowle (przed i po doktoracie)
W latach osiemdziesiątych ubiegłego wieku zajmowałem się także wpływami sejsmicznymi i para sejsmicznymi na budynki i budowle. Zainteresowanie tym tematem było wynikiem prac zleconych przez
KGHM Lubin dotyczących profilaktyki i usuwania skutków szkód górniczych budynków i budowli, wywołanych podziemną eksploatacją górniczą. W ramach tych prac zostały przeprowadzone badania stanu technicznego elementów konstrukcyjnych i elementów drugorzędnych w budynkach wykonanych w technologii wielkopłytowej i wielkoblokowej zlokalizowanych ba terenie Polkowic. Zinwentaryzowano uszkodzenia
elementów konstrukcyjnych i niekonstrukcyjnych w kilkudziesięciu budynkach. Po sklasyfikowaniu stwierdzonych rodzajów uszkodzeń opracowano katalog sposobów naprawy uszkodzonych elementów. Podsumowanie wyników tych prac zostało opublikowane i jest zamieszczone w opracowaniu pod poz. 4[6] załącznika nr 3. Powstałe opracowania wymienione są w wykazie ważniejszych projektów i ekspertyz. Prace
były wykonywane w zespole doc. Mikołaja Kłapocia Nadmienić należy, że inwentaryzacja uszkodzeń w budynkach była wykonywana przy czynnym udziale studentów podczas obozu naukowego. Pace studentów
w tym projekcie były nadzorowane i kierowane między innymi przez moja osobą. Mój udział w tym projekcie badawczym oceniam na około 30%.
W późniejszym okresie (po doktoracie) uczestniczyłem w pracach zespołu, którym kierował Prof. Jakub
Marcinowski dotyczącym ocena odporności na wpływy dynamiczne zabudowy kubaturowej miejscowości
Księginice położonej na terenie LGOM. Prace były wykonywane w ramach ekspertyzy zleconej przez
KGHM Lubin. Poza ekspertyzą efektem tych prac były dwie publikacje na konferencji (poz. 5[15]) i w czasopiśmie (poz. 3[15]). Mój udział oceniam na 50%.
W ramach tych pracach przeprowadzono szczegółową analizę zachowania się konstrukcji budynku w trakcie zadanych wymuszeń kinematycznych w celu oceny odporności dynamicznej budynku na wstrząsy. Analizę numeryczną wykonano z pomocą systemu COSMOS/M. Cały budynek zdyskretyzowano z użyciem
elementu SHELL3T. Zdyskretyzowano także kondygnację poziomu piwnic, przyjmując warunki sztywnego
podparcia na dolnej krawędzi ścian w poziomie fundamentów. Podstawą analizy był impuls zarejestrowany w poziomie fundamentów w rejonie lokalizacji budynku. Prezentowana analiza może być podstawą
oceny odporności dynamicznej budynku posadowionego na terenie występowania drgań parasejsmicznych, których źródłem jest eksploatacja górnicza.
Inne zagadnieniem (przed doktoratem), którym zajmowałem się dotyczyło zminimalizowanie wpływów
górniczych na budynki. W zespole badawczym, kierowanym przez doc. Mikołaja Kłapocia, opracowano
9
AUTOREFERAT
nowy sposób posadowienia pośredniego obiektów budowlanych na terenach podziemnej eksploatacji
górniczej. Istota zaproponowanego rozwiązania konstrukcyjnego polegała na pośrednim posowieniu budynku na palach ze specjalnymi głowicami połączonych przegubowo z płytą fundamentową. Taki sposób
posadowienia w istotny sposób ogranicza przekazywanie się drgań z podłoża na budynek i jednocześnie
pozwala na całkowite wyeliminowanie wpływu deformacji podłoża. Wyniki analiz efektywności zaproponowanego sposobu posadowienia zostały zaprezentowane i opublikowane w materiałach konferencyjnych
(poz.5[28] załącznik nr 3). Zaproponowany sposób posadowienie budynku uzyskał patent „Pal fundamentowy do posadowienia budynków, zwłaszcza na terenach górniczych” (poz. 9[5] załącznika nr 3). Mój
udział oceniam na około 33%.
Tematem moich zainteresowań (po doktoracie) była również problematyka projektowania konstrukcji żelbetowych na terenach aktywnych sejsmicznie. Zagadnieniom tym były poświęcone prace 3[8], 3[14], 5[9],
5[16] wymienione i zestawione w załączniku nr 3. Prace te dotyczyły głównie postanowień Eurkodu 8 dotyczących projektowania konstrukcji żelbetowych na terenach aktywnych sejsmicznie. Zajmowałem się w
nich głównie analizami i oceną ciągliwości żelbetowych elementów konstrukcyjnych i konstrukcji żelbetowych.
6. Zestawienie ilościowe i punktowe najważniejszych osiągnięć naukowo-badawczych
a) Opis publikacji
Szczegółowy wykaz moich publikacji jest zamieszczony w załączniku nr 3. W poniższej tabeli przedstawiono zestawienie ilościowe i punktowe mojego dorobku naukowego. W nawiasach podane są dane po uzyskaniu stopnia naukowego doktora.
Tabela. Zestawienie ilościowe i punktowe najważniejszych osiągnięć naukowo-badawczych
Liczba publikacji
Rodzaj publikacji
1. Monografie naukowe, podręczniki akademickie, skrypty
2. Rozdziały w monografiach, podręcznikach, skryptach,
publikacje konferencyjne w wydawnictwach książkowych
3. Artykuły w czasopismach
4. Publikacje recenzowane w innych wydawnictwach ciągłych
5. Materiały konferencyjne
6. Prace zbiorowe
7. Raporty, recenzje, konkursy
8. Doktoraty i habilitacje
9. Patenty, wzory użytkowe
Ogółem:
Razem
Liczba punktów
MNiSW
1(1)
20 (20)
4 (4)
11 (11)
32.3 (32.3)
4 (4)
16 (16)
58.5 (58.5)
Samodzielnych
1 (1)
Współautorstwo
0 (0)
7 (7)
12 (12)
5 (5)
5 (0)
10 (5)
12 (12)
24 (22)
10 (6)
34 (28)
0 (0)
1 (1)
0 (0)
1 (1)
2 (2)
0
0
0
0
1 (1)
0 (0)
1 (1)
0 (0)
64.9 (21.5)
189.7 (146.5)
0 (0)
5 (3)
5 (3)
51 (49)
28 (17)
79 (66)
Ogółem wykaz bibliograficzny zawiera siedemdziesiąt dziewięć pozycji o łącznej liczbie punktów wynikających z rozporządzenia MNiSW wynoszącej 189.7pkt. Przy czym po uzyskaniu stopni doktora było to sześćdziesiąt sześć publikacji o łącznej liczbie punktów wynoszącej 146.5 pkt. Nadmienić należy, że w zdecydowanej większości były to publikacje samodzielne. Po uzyskaniu stopnia doktora publikacje samodzielne
stanowiły 73% wszystkich publikacji, w przypadku całego dorobku samodzielne publikacji stanowiły 64%.
Czternaście z wymienionych publikacji zostało napisanych w języku angielskim.
b) Wskaźniki oceny dorobku naukowego
◦ Publikacje naukowe w czasopismach z listy A Journal Citation Reports (JRC)
Korentz J., Marcinowski J., Effect of mechanical parameters o steel on inelastic buckling of reinforcing bars, International Journal of Structural Stability and Dynamics, 2016, Vol.16, No 7, DOI:
10.1142/S0219455415500285 (artykuł przyjęty do druku), (pkt: [25]). Mój udział procentowy - 50%.
◦ Publikacje naukowe w czasopismach z bazy Scopus
Korentz J., The effect of yield strength on inelastic buckling of reinforcing bars, Mechanics and Mechanical Engineering , 2010, Vol. 14, no 2, s. 247-255
10
Jacek Korentz
◦ Sumaryczny impact factor według listy Journal Citation Reports (JCR) 1.059
◦ Liczba cytowani według bazy Web of Science (WoS)
0
◦ Indeks Hirscha według bazy Web of Science (WoS)
0
◦ Inne wskaźniki oceny dorobku naukowego
Web of
Science
Scopus
Google
Scholar
Indeks Hircha h
0
0
3
Liczba cytowań ogółem (bez autocytowań)
0
0
7
Liczba publikacji w bazie
1
2
34
Źródło danych
7. Nagrody za działalność naukową
Moja działalność naukowo-badawcza została uhonorowana trzema nagrodami Rektora i jedną nagrodą
Ministra Edukacji Narodowej:
2011 Nagroda Rektora Uniwersytetu Zielonogórskiego zespołowa drugiego stopnia za osiągnięcia
naukowe w 2011r
1992 Nagroda Rektora Wyższej Szkoły Inżynierskiej indywidualna stopnia drugiego za osiągnięcia w
dziedzinie naukowo-badawczej
1990 Nagroda Ministra Edukacji Narodowej, zespołowa drugiego stopnia z tytułu osiągnięć naukowych i postępu naukowo-technicznego
1985 Nagroda Rektora Wyższej Szkoły Inżynierskiej stopnia trzeciego zespołowa za osiągnięcia w
dziedzinie naukowej
8. Wygłoszenie referatów na międzynarodowych i krajowych konferencjach tematycznych
Aktywnie uczestniczyłem w 39 konferencjach naukowych na terenie kraju o zasięgu krajowym i międzynarodowym przesyłając na te konferencje referaty o zróżnicowanej tematyce. Moje referaty były publikowane i najczęściej ukazywały się materiałach konferencyjnych. W niektórych przypadkach były publikowane jako rozdziały w monografiach lub artykuły w czasopismach. Tytuły referatów, nazywa konferencji i inne dane zamieszczone są w załączniku nr 3 w punkcie 5. Najwięcej referatów wygłaszałem na konferencjach krynickich - 15 razy. Poniżej zestawiono nazwy konferencji, w których uczestniczyłem.
◦ Konferencje Naukowe KILiW PAN i KN PZiTB w Krynicy
◦ Wpływy Sejsmiczne i Parasejsmiczne na Budowle
◦ Konstrukcje Zespolone
◦ International Conference - Analytical Models and New Concepts in Concrete
and Masonry Structures (AMCM)
◦ Międzynarodowe Sympozjum Mechaniki Zniszczenia Materiałów i Konstrukcji
◦ Budownictwo w Energetyce
◦ Sympozjum Stateczność Konstrukcji
◦ Renowacja Budynków i Modernizacja Obszarów Zabudowanych
◦ Polish Congress of Mechanics & Computer Methods in Mechanics (PCM-CMM 2015)
◦ Mathematical Models in Approach to Concrete Structures
◦ Trwałość i Skuteczność Naprawa Obiektów Budowlanych
11
15 razy
5 razy
5 razy
3 razy
2 razy
2 razy
2 razy
2 razy
1 raz
1 raz
1 raz