Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Ochrona katodowa stali zbrojeniowej w obiektach inżynierskich w długoletnim okresie eksploatacji

Białecki Daniel, Majewski Marcin

Mosty

|

2025

|

nr 1/2

31--35

PL

W artykule opisano zasady działania ochrony katodowej oraz jej wpływ na trwałość i koszty naprawy obiektów inżynierskich. Przedstawiono przykłady zastosowania ochrony katodowej w remontowanych konstrukcjach mostowych na świecie i w Polsce w długoletnim okresie eksploatacji.

EN

The prevention of corrosion foci in the reinforcement of reinforced concrete engineering structures is one of the main factors that enable their long and reliable service life. This article describes the principles of cathodic protection as well as its impact on the durability and repair costs of engineering structures. Examples of the application of cathodic protection in repaired bridge structures worldwide and in Poland over a long service life are presented.

2

Precise Geodetic Setting Out Activities in The Construction of Engineering Structures with Orientation in Predetermined Direction

Angelov Antonio

Inżynieria Mineralna

|

2024

|

Vol. 1, no. 1

369--377

EN

In the construction practice, there are engineering structures, where some complex requirements in the process of their building have to be meet, e.g., their positioning, geographical orientation and geometric determination. The current publication examines the specificity of geodetic activities, regarding the orientating of the main construction axes of the foundation and the supporting structures of the terrestrial telecommunication antennas in a predetermined direction, for example, in the parallel direction to the geographical meridian. The focus is on the assessment of the accuracy and the choice of appropriate methods and equipment in order to create the required geodetic network, as well as to perform accurate setting out works. The combination of demands, namely for a specific geographic orientation and precise relative accuracy of the setting elements, implies a suitable transition from the ellipsoidal geodetic coordinates to the projection plane of the setting out project. In this connection, the influence of the meridian convergence on the accuracy of the planning setting out works is examined. A mathematical approach is proposed to assess the need of elimination of this factor, depending on the value of the constructional tolerance and the geographic location of the site.The necessary precision for determining the geodetic ellipsoidal coordinates by GNSS (Global Navigation Satellite System) measurements as well as the required accuracy of the planning and elevation setting out works are shown.Using different geodetic methods and tools, a preliminary accuracy assessment approach and the choice of the appropriate coordinate projection and height reference system is also proposed. The real data, which were obtained in different Earth’s locations by the explained methodology, are presented. The established geodetic networks provide orientation of the main construction axes of the bases of the terrestrial communication antennas in the parallel direction to the geodetic meridian with an azimuth standard error - МА = ± 2÷5' (minutеs) and allowable error in distances and eleventions of the setting out elements, respectively - MdS ≤ ±3 mm, Mdh ≤ ± 2 mm.

3

Utrzymanie i trwałość obiektów inżynierskich – jako główne wyznaczniki niezawodności infrastruktury komunikacyjnej

Wysokowski Adam

Mosty

|

2023

|

nr 2

20--23

PL

Tematyka utrzymania i trwałości mostów jest zagadnieniem o dużym znaczeniu technicznym, ekonomicznym, jak również społecznym. Jest ona szczególnie ważna w kontekście możliwości bezawaryjnego, niezakłóconego korzystania przez nas, jako użytkowników, z niezbędnych w codziennym życiu drogowych, kolejowych i pieszo-rowerowych ciągów komunikacyjnych. Z tego względu jestem wdzięczny redakcji czasopisma „Mosty” za inicjatywę wyboru tego zagadnienia jako temat przewodni niniejszego wydania czasopisma.

EN

The subject of maintenance and durability of bridges is an issue of great technical, economic and social sigificance. It is particularly important in the context of the possibility of failure-free, uninterrupted use by us, as users, of road, rail as well as pedestrian and bicycle trasportation routes necessary in everyday life.

4

Analiza osiadania podpór wiaduktu drogowego posadowionego na palach prefabrykowanych na podstawie obliczeń analitycznych, badań terenowych i monitoringu

Zieliński Maciej, Więcławski Paweł

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2021

|

nr 5

168--177

PL

Analiza osiadania wiaduktu drogowego posadowionego na prefabrykowanych palach wbijanych. Dokonanie analizy nośności oraz osiadań obiektu inżynierskiego dzięki oprzyrządowaniu pali prefabrykowanych oraz monitoringowi geodezyjnemu. Wykorzystanie specjalistycznego oprogramowania komputerowego oraz obliczeń analitycznych do przeprowadzenia kompleksowego porównania pali zarówno pojedynczych oraz pracujących w grupie.

EN

An analysis of the settlement of the road viaduct on pre-cast pile foundation. An instrumentation of pre-cast piles as well as geodetic monitoring allowed to proceed an analysis of the bearing capacity and settlement of an engineering construction. Specialized computer software and analytical calculations enabled conducting a comprehensive comparison of piles, both single and working as a group.

5

Nowoczesne rozwiązania geotechniczne szansą na szybszą modernizację infrastruktury kolejowej

Maca N.

Nowoczesne Budownictwo Inżynieryjne

|

2018

|

Nr 5

54--58

PL

Budownictwo kolejowe w Polsce przeżywa obecnie największą kumulację prac w historii. Oddaje to budżet Krajowego programu kolejowego, z którego do 2023 r. sfinansowane zostaną inwestycje o wartości ponad 66 mld zł w ramach ponad 220 projektów i modernizacji 9 tys. km torów. Co więcej, w nowej perspektywie finansowej UE do 2030 r. PKP PLK SA planują realizację inwestycji na kwotę 80 mld zł.

6

A hybrid method of determining deformations of engineering structures with a laser station and a 3D scanner

Sztubecki J., Bujarkiewicz A., Derejczyk K., Przytuła M.

Civil and Environmental Engineering Reports

|

2018

|

Vol. 28, no. 2

177--185

EN

The article presents the technology and an analysis of results of engineering structure displacements and deformation measurements. Two measuring technologies using the TDRA65000 laser station from Leica and the FARO Focus M scanner were applied during the tests. Use of the laser station enabled us to define horizontal and vertical displacements of a control network established on the tested facility. Owing to this, it was also possible to transform scanner measuring stations into one integrated unit. The described measurement methodology ensures a high accuracy of scanner station fitting which translates directly into the accuracy of determination of deformations in structural components of a facility. Integration of methods applied in the tests makes it possible to monitor not only displacements of control network points but also the structure as a whole in a uniform coordinate system.

PL

W artykule przedstawiono technologię oraz analizę wyników pomiaru przemieszczeń i odkształceń obiektu inżynierskiego. W trakcie badań zastosowano dwie technologie pomiarowe wykorzystujące stację laserową TDRA6000 firmy Leica oraz skaner FARO Focus M. Wykorzystanie stacji laserowej pozwoliło na wyznaczenie przemieszczeń poziomych i pionowych sieci kontrolnej założonej na badanym obiekcie oraz posłużyło do transformacji stanowisk pomiarowych skanera do jednolitego układu. Opisana metodologia pomiaru zapewnia wysokie dokładności wpasowania stanowisk skanera co przekłada się bezpośrednio na dokładność wyznaczenia odkształceń elementów konstrukcyjnych obiektu. Integracja zastosowanych w badaniach metod pozwala na monitorowanie nie tylko przemieszczeń punktów sieci kontrolnej, ale również konstrukcji jako całości w jednolitym układzie współrzędnych.

7

Bufory bezpieczeństwa pojazdów projektowane w oparciu o dwufazowe struktury polimer - gaz

Rumianek P., Żach P.

Autobusy : technika, eksploatacja, systemy transportowe

|

2016

|

R. 17, nr 12

398--400

PL

W artykule podjęto zagadnienia charakterystyki pracy materiałów hiperodkształcalnych w zastosowaniach specjalnych. Zagadnieniem była identyfikacja właściwości tłumiących i dyssypacyjnych materiałów, które mogą zostać wykorzystane do wytworzenia buforów bezpieczeństwa. Podstawą opisu były wyniki prac badawczych wykonane przez autorów, na podstawie, których stwierdzono, że wraz ze zmianą parametrów, tj.: temperatura, prędkość, zakresy obciążeń zmienia się istota materiałów hiperodkształcalnych. Podjęto zagadnienia weryfikacji modeli oraz opracowanie metodyki oceny zespołów ochronnych wykonanych ze spienionych tworzyw sztucznych. W badaniach uwzględniono modyfikację struktury komórkowej analizowanych struktur oraz zagadnienie kontaktu z tarciem. Przedstawione sposoby modelowania materiałów mają zastosowanie dla konstrukcji zwiększających bezpieczeństwo osób w pojeździe, poza pojazdem, jak również w przypadku projektowania m. in. kasków motocyklowych i rowerowych. Referat stanowi podsumowanie doświadczeń autorów w zakresie oceny wpływu czynników zewnętrznych na pracę struktur hiperodkształcalnych w konstrukcjach inżynierskich.

EN

The aim of this work is to develop methods of describing the properties of such materials based on knowledge of: basic materials, technologies (gas pressure formed during foaming) using the theory of hyperplastic materials, in particular using Ogden’s model and its modifications. The energy created during the impact will be dissipated by element of protection made of a hyperdeformable material. Energy intensive structures are able to take over the kinematic energy during impact, which is equivalent to the work of their destruction (crushing, breaking). The resulting description can be used for the applicability of hyperelstic models, and therefore in the whole range of deformation of the polymer-based composites and elastic composites of metals (not included plasticity). Presented methods and applications of the characteristics of hyperelastic materials and composites with the gas phase are used to determine the proper selection of parameters (material properties), increasing the opportunities for a proper assessment of the effectiveness of safety devices.

8

Fascynująca historia technologii sprężania

Piekarski J.

Mosty

|

2015

|

nr 2

18--21

PL

Artykuł stanowi przegląd rozwoju metod sprężania. Autor opisuje historię pomysłów na wprowadzanie technologii sprężania, a nie jej zastosowań w konstrukcjach inżynierskich. Mimo że większość prezentowanych metod sprężania jest już nieaktualna, każda z nich miała swój istotny wkład w dzisiejszy stan wiedzy i technologii.

9

Stateczność konstrukcji ochronnych złożonych z geotub

Kazimierowicz-Frankowska K.

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2015

|

nr 3

251--256

PL

Problem analizy stateczności konstrukcji ochronnych złożonych z geotub. Możliwe mechanizmy utraty stateczności. Wyniki dotychczas przeprowadzonych badań doświadczalnych. Metodyka i wyniki obliczeń. Wpływ stopnia napełnienia geotub na stateczność konstrukcji ochronnej. Obliczenia konstrukcji ochronnych o typowych przekrojach poprzecznych stosowanych w celu ochrony przeciwpowodziowej. Wpływ podstawowych parametrów konstrukcji (wymiarów elementów użytych do budowy) i warunków jej pracy (poziomu zwierciadła wody) na stateczność budowli ochronnej.

EN

The problem of stability of geosynthetic tubes. Possible failure mechanisms of stacked geosynthetic tubes. The main conclusions from previously published experimental investigations. The results of using the simple theoretical approach. The influence of geotube filling percentage on shore-protection structure stability. Calculations for typical cross-sections of stacked geosynthetic tubes used for flood protection. The influence of the main structure elements (size of geotubes) and environmental (the level of water) parameters on structure stability.

10

Aventics Pneumobile - idea zawodów, konstrukcje inżynierskie, wyzwania

Trochimczuk R.

Hydraulika i Pneumatyka

|

2015

|

nr 5

12--16

11

Wielomodalna probabilistyczna analiza stateczności ściany oporowej

Stach M.

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2014

|

nr 1

35--43

PL

Oszacowanie prawdopodobieństwa awarii ściany oporowej za pomocą tzw. ograniczeń Ditlevsena. Pionowa ściana wspornikowa z poziomą podstawą. Szerokość podstawy jako zmienny parametr projektowy. Właściwości parametrów gruntowych jako zmienne losowe o rozkładzie beta. Cztery formy utraty stateczności: wypieranie gruntu, obrót oraz przesunięcie w poziomie posadowienia i na styku dwóch warstw podłoża.

EN

Estimate the probability of failure of retaining wall by Ditlevsen’s bounds. The vertical cantilever wall with a horizontal base. The heel of the wall as variable design parameter. Properties of soil parameters as random variables with beta distribution. Four modes of instability: bearing capacity, rotation (in terms of the resultant load location), sliding in the base foundation level and at the interface between the two layers of the soil. Correlation of all four limit states.

12

Zalecenia projektowania, budowy i utrzymania przejść dla zwierząt - dokument ujednolicający problematykę

Wysokowski A.

Budownictwo i Architektura

|

2014

|

Vol. 13, nr 1

149--155

PL

Przy zrównoważonym rozwoju infrastruktury komunikacyjnej, jak ogólnie wiadomo, nie da się pominąć zagadnień ekologicznych. Dotyczy to zarówno budowy nowych tak potrzebnych dróg kołowych i linii kolejowych, jak też i ich modernizacji. W tym celu nieodzowna staje się budowa przejść dla zwierząt i przepustów o funkcji zespolonej. Autor referatu porusza konieczność opracowania ujednoliconych Zaleceń Projektowania, Budowy i Utrzymania Przejść dla Zwierząt, które w sposób jednoznaczny uporządkowałyby wszystkie kwestie związane z tymi obiektami. Obecnie zalecenia takie są w fazie opracowywania.

EN

With the sustainable development of transport infrastructure can not ignore the environmental problems. This applies both to build much-needed new roads and railways, as well, as their modernization. For this purpose, it becomes essential to build passages for animals and culverts of complex function. The author of the paper moves the need for a unified Recommendations of Design, Construction and Maintenance of Animal Passages, which clearly organize all the issues associated with these objects. Currently such recommendations are being developed under the leadership of the author.

13

Influence of subsoil quality on design of slab foundation

Pollák P., Zlatinská L.

Roczniki Inżynierii Budowlanej

|

2013

|

z. 13

105--110

SK

Článok sa zaoberá sledovaním vplyvu relatívnej tuhosti systému „základ – podložie“ na návrhové veličiny základovej dosky. Porovnávací výpočet bol realizovaný pre základovú dosku v dvoch variantoch s relatívne poddajným, resp. tuhým podložím. Podložie bolo modelované ako homogénny izotropný pružný polpriestor. Získané výsledky numerických výpočtov s využitím metódy konečných prvkov (MKP) poukazujú na fakt, že charakteristiky základových pôd majú významný vplyv na návrh založenia budúceho objektu. Preto je veľmi dôležité dbať na stanovenie reprezentatívnych charakteristík podložia, ktoré sa dajú získať len dostatočne podrobným geotechnickým prieskumom a laboratórnymi skúškami zemín.

14

Problem trwałości geosyntetyków w aplikacjach filtracyjnych w budownictwie wodnym

Sterpejkowicz-Wersocki W.

Inżynieria Morska i Geotechnika

|

2013

|

nr 5

447--456

PL

Zasady doboru geosyntetyków pełniących funkcje filtracyjno-drenażowe. Zjawiska zachodzące w płaszczyźnie kontaktu grunt-filtr syntetyczny, mające wpływ na trwałość i niezawodność pracy geosyntetyku w konstrukcji.

EN

The principles of selection of geosynthetics in filtration and drainage functions. Phenomena occurring in the contact zone of soil-synthetic filter, having an impact on the stability and reliability of the geosynthetic in the structure.

15

Zastosowanie modeli dyskretno-ciągłych w analizie systemów wibroizolacji podtorzy pojazdów szynowych

Bednarz J., Targosz J.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2012

|

R. 19, nr 9

3079--3089, CD

PL

Ogromny postęp cywilizacji w XX i XXI wieku, związany ściśle z rozwojem techniki i przemysłu, był i jest przyczyną powstania wielu znakomitych rozwiązań technicznych, ale również nasilenia zjawisk stanowiących zagrożenie dla naturalnych elementów środowiska człowieka. Znaczący udział w zagrożeniu ma stale wzrastający się ruch pojazdów szynowych stanowiący jeden z ważniejszych warunków rozwoju gospodarczego państw oraz towarzyszący mu rozwój sieci dróg komunikacji szynowej. Drogi transportu szynowego w sposób jednoznaczny dzielą teren przez który przebiegają zajmując stosunkowo znaczne powierzchnie gruntów oraz wywierając niekorzystny wpływ na środowisko, głównie wywołując drgania różnego typu konstrukcji inżynierskich nawet znacznie oddalonych od trasy linii kolejowej. Drgania te mają istotny wpływ na konstrukcję budynków powodując ich uszkodzenia, których konsekwencją są częstsze remonty, a w drastycznych przypadkach, w wyniku zaniedbania ze strony służb publicznych, mogą doprowadzić nawet do katastrofy budowlanej. Taki stan rzeczy wymusza opracowanie przez środowiska naukowe nowych i skutecznych metod oceniających wpływ fali drganiowej na istniejące i nowoprojektowane konstrukcje inżynierskie pozwalające jednocześnie na opracowanie zupełnie nowych konstrukcji podtorzy pojazdów szynowych, układów izolacyjnych zabezpieczających te obiekty jak również nowego podejścia do projektowania obiektów budowlanych zarówno obiektów infrastruktury inżynierskiej (wiadukty, mosty, tunele, itp.) jak i obiektów mieszkalnych. W pracy przedstawiono jeden z modeli teoretycznych systemu wibroizolacji i przeprowadzono jego analizę dynamiczną, a następnie w oparciu o te rozważania opracowano koncepcję systemu wibroizolacji dla wybranego podtorza kolejowego. Koncepcja ta poddana została symulacji komputerowej, zezwalających na ocenę własności dynamicznych podtorza szynowego i oddziaływań dynamicznych na środowisko i konstrukcje inżynierskie w znacznym stopniu prawdopodobieństwa. Prace były prowadzone w ramach projektu badawczego 4875/B/TO2/2010/38 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

EN

The huge progress of civilization in the twentieth and twenty-first century, which is closely associated with the development of technology and industry, become a reason of many excellent technical solutions. Unfortunately the severity of the phenomena threatening the natural elements of the human environment is also connected with this progress. Steadily increasing movement of rail vehicles, which is one of the most important conditions for the economic development of countries, and the accompanying development of rail transport road are also threatened the natural environment. Rail road clearly divide the area by taking relatively large areas of land and has a negative impact on the environment, mainly causing vibrations of various types of engineering structures, even far away from the route of the railway. These vibrations have a significant impact on the design of the buildings, causing damage that result in more frequent repairs, and in extreme cases, as a result of negligence on the part of the public service, may even lead to a construction disaster. This situation forces the scientific community to develop new and effective methods of evaluating the effect of wave vibration on existing and newly designed engineering structures at the same time allowing for the development of a completely new design subgrades rail vehicles, protective insulation systems of these objects as well as a new approach to the design of buildings, both objects of engineering infrastructure (overpasses, bridges, tunnels, etc.) as well as residential buildings. The paper presents one of the theoretical models vibration isolation system and its dynamic analysis was carried out, and then on the basis of these considerations, developed the concept of vibration isolation system for the selected railway trackbed. This concept has been subjected to computer simulation, allowing the evaluation of dynamic properties of railway trackbed and dynamic impact on the environment and engineering structures to a significant degree of probability.The work was carried out in a research project 4875/B/TO2/2010/38 financed by Ministry of Science and Higher Education.

16

Wpływ wibroizolacji na konstrukcje inżynierskie

Adamczyk J., Targosz J.

TTS Technika Transportu Szynowego

|

2012

|

R. 19, nr 9

3069--3078, CD

PL

Ogromny postęp cywilizacji w XX i początku XXI wieku, związany ściśle z rozwojem techniki i przemysłu, który był i jest przyczyną powstania wielu znakomitych rozwiązań technicznych ale również nasilenia zjawisk dynamicznych stanowiących zagrożenie nie tylko dla prawidłowego funkcjonowania maszyn i urządzeń realizujących określony proces technologiczny, ale również dla konstrukcji inżynierskich takich jak mosty, wiadukty, tunele, budynki mieszkalne czyli dla naturalnych elementów środowiska człowieka. Do jednych z najbardziej niekorzystnie wpływających na środowisko zaliczyć należy transport szynowy oraz samochodowy. W sposób jednoznaczny dzielą teren przez który przebiegają, zajmują stosunkowo znaczne powierzchnie gruntów, wywierając niekorzystny wpływ na środowisko, a ponadto są uciążliwe ze względu na intensywność ruchu. Istniejący już w R.P. problem wpływu transportu szynowego i samochodowego na środowisko naturalne, aczkolwiek nie tak drastyczny jak zanieczyszczenia przemysłowe, istnieje i w miarę rozbudowy sieci dróg transportu szynowego będzie się pogłębiał. Stąd też na każdym etapie (planowania, projektowania, budowy, utrzymania oraz eksploatacji dróg) należy dążyć do unikania błędów mogących wpływać negatywnie na środowisko naturalne i w miarę możliwości minimalizować niekorzystne skutki wpływu transportu szynowego w szerokim tego słowa znaczeniu. Zagadnienie to winno być rozwiązywane kompleksowo tzn. powinna być przeprowadzona analiza dynamiczna modelu zawierającego w sobie zarówno dynamikę pojazdów szynowych, jak i dynamikę podłoża z uwzględnieniem elementu jakim jest wibroizolacja. W pracy przedstawiono przykłady ograniczenia wpływu tych oddziaływań drogą zastosowania wibroizolacji zarówno podtorzy pojazdów szynowych ale również samochodowych oraz ich pozytywny wpływ na poziom drgań konstrukcji inżynierskich. Prace były prowadzone w ramach projektu badawczego 4875/B/TO2/2010/38 finansowanego przez Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego.

EN

The huge progress of civilization in the twentieth and early twenty-first century, closely associated with the development of technology and industry, which has been a cause of many outstanding technical solutions but also the severity of dynamic phenomena pose a threat not only to the proper functioning of the machinery and equipment carrying out a specific process technology, but also for engineering structures such as bridges, overpasses, tunnels, residential buildings or the natural elements of the human environment. Some of the most negative impact on the environment should include rail and road transport. The area clearly divided by a run, take a relatively large areas of land, has a negative impact on the environment, and are cumbersome due to the intensity of traffic. Already existing in R.P. problem of the impact of rail and road on the environment, although not as dramatically as industrial pollution, and if there is expansion of rail roads will get worse. Thus, at each stage (planning, design, construction, maintenance and operation of roads) should strive to avoid errors that may have a negative impact on the environment and, where possible, to minimize the adverse effects of the impact of rail transport in the broadest sense. This issue must be addressed comprehensively, ie the analysis should be carried out in a dynamic model that includes both the dynamics of railway vehicles, as well as taking into account the dynamics of the substrate which is Vibroisolation item. The paper presents examples of reducing the impact of these interactions by application of vibration isolation both subgrades rail vehicles as well as vehicles and their positive impact on the level of vibration of engineering structures.The work was carried out in a research project 4875/B/TO2/2010/38 financed by Ministry of Science and Higher Education.

17

Konstrukcje inżynierskie wspomagające procesy oczyszczania środowiska gruntowo-wodnego

Pawluk K.

Przegląd Naukowy Inżynieria i Kształtowanie Środowiska

|

2011

|

Vol. 20, No. 3

258--271

PL

W artykule przedstawiono charakterystykę konstrukcji inżynierskich, które wspomagają procesy oczyszczania środowiska gruntowo wodnego. Charakteryzowane konstrukcje podzielono na dwie grupy: bariery nieprzepuszczalne (fizyczne i hydrauliczne) oraz bariery przepuszczalne (różne systemy przepuszczalnych barier reaktywnych, reaktywna studnia cyrkulacji wody gruntowej). W szerszym zakresie opisano konstrukcje z drugiej grupy, ze względu na ich większą uniwersalność zastosowania w różnych warunkach insitu.

EN

In this review paper the characteristics of the engineering structures which support remediation of groundwater are presented. The structures have been divided into two groups - impermeable barriers, e.g. physical and hydraulic barriers, and permeable barriers e.g., different types of permeable reactive barriers and groundwater circulation well systems. The structures from second group were more widely described due to their application flexibility and adaptation to insitu conditions.

18

Role of engineering geodesy in ensuring safety of engineering constructions - general approach

Ney B.

Reports on Geodesy

|

2007

|

z. 1/82

199-201

19

Analiza i optymalizacja niezawodnościowa konstrukcji za pomocą adaptacyjnych metod symulacyjnych

Kolanek K.

Prace Instytutu Podstawowych Problemów Techniki PAN

|

2007

|

nr 3

3-183

PL

Do oszacowania prawdopodobieństwa awarii można wykorzystać adaptacyjne metody symulacyjne. Algorytmy tego rodzaju nie wymagają, tak jak FORM/SORM, różniczkowalności funkcji granicznej, a zarazem są bardziej efektywne obliczeniowo niż klasyczna metoda Monte Carlo. W literaturze można znaleźć wiele przykładów zastosowania algorytmów adaptacyjnych do rozwiązania zadania analizy niezawodności konstrukcji. Podstawą tych metod zwykle są skomplikowane procedury iteracyjne, dla których analiza zbieżności jest bardzo trudna. Dlatego też w publikacjach dotyczących tego zagadnienia najczęściej przedstawiane są przykłady efektywnego zastosowania proponowanych algorytmów ale bez dowodów ich zbieżności. Oczywiście znajomość warunków zbieżności jest cechą ułatwiającą efektywne wykorzystanie jakichkolwiek metod iteracyjnych. Podjęto więc próbę wyszukania i zbadania możliwości zastosowania w analizie niezawodności konstrukcji adaptacyjnych metod symulacyjnych, które mają dobrze opracowane podstawy teoretyczne. Ostatecznie analizie poddano metodę wzajemnej entropii (ang. Cross-Entropy Method) oraz metody generujące łańcuchy Markowa, które w literaturze anglojęzycznej są określane jako Markov chain Monte Carlo. Metoda wzajemnej entropii została zaproponowana w roku 1997 jako efektywny algorytm służący do oszacowania prawdopodobieństwa rzadkich zdarzeń. Od tego czasu metoda ta była intensywnie rozwijana i obecnie jest dobrze opracowanym teoretycznie algorytmem symulacji rzadkich zdarzeń i optymalizacji kombinatorycznej. Zastosowanie metody wzajemnej entropii w analizie niezawodności konstrukcji wymaga jedynie uwzględnienia innej postaci nierówności, która definiuje przekroczenie stanu granicznego. Autorowi, nie są jednak znane wcześniejsze przykłady wykorzystania tego podejścia w analizie niezawodności konstrukcji. W jednym z rozdziałów omówiono podstawy teoretyczne oraz szczegółowo przedstawiono implementację metody wzajemnej entropii. Wykorzystano przy tym notację charakterystyczną w przypadku analizy niezawodności konstrukcji. Ponadto, na podstawie przykładów testowych reprezentujących trudności związane z oszacowaniem prawdopodobieństwa awarii zbadano efektywność numeryczną tego algorytmu. Otrzymane wyniki mogą być wykorzystane jako podstawa doboru wartości jego parametrów, zależnie od cech rozwiązywanego zadania. Metody Markov chain Monte Carlo są drugą grupą algorytmów symulacyjnych, których zastosowanie w analizie niezawodności jest przedmiotem tej pracy. Jak wiadomo efektywność metody importance sampling zależy od właściwego doboru rozkładu prawdopodobieństwa, z którego generowana jest próba losowa. Gęstość rozkładu prawdopodobieństwa minimalizującego wariancję estymatora importance sampling jest niezerowa jedynie w obszarze awarii, gdzie jest proporcjonalna do gęstości prawdopodobieństwa losowych parametrów konstrukcji (estymator określony w ten sposób ma rozkład punktowy). Zastosowanie metod bezpośredniego generowania liczb losowych do tak zdefiniowanej gęstości prawdopodobieństwa, wymaga wyznaczenia jej stałej normalizującej, którą w tym przypadku jest prawdopodobieństwo awarii. Często można spotkać się ze stwierdzeniem, ze w celu dokładnego oszacowania prawdopodobieństwa awarii za pomocą importance sampling wystarczyłaby jedna symulacja z rozkładu optymalnego, ale do uzyskania oszacowania w ten sposób konieczna jest znajomość rozwiązania zadania. Zdaniem autora stwierdzenie takie jest mylące, gdyż znając stałą normalizującą znamy rozwiązanie zadania i przeprowadzanie symulacji jest bezcelowe. Zasadniczym problemem nie jest w tym przypadku generowanie próby losowej, a jest nim oszacowanie stałej nonnalizującej równej prawdopodobieństwu awarii. Algorytmy Markov chain Monte Carlo pozwalają otrzymać próbę losową z rozkładu o danej gęstości prawdopodobieństwa, jeżeli jest znana funkcja do nie] proporcjonalna. Za, pomocą tych metod można, więc wygenerować próbę, losową o rozkładzie optymalizującym metodę importance sampling. Przybliżenia, prawdopodobieństwa awarii na podstawie takiej próby losowej wymaga oszacowania stałej normalizującej jej gęstość, do czego konieczne jest posłużenie się odpowiednim algorytmem. Rozdział poświęcony zastosowaniu Markov chain Monte Carlo w analizie niezawodności zawiera omówienie metod wykorzystywanych do oszacowania prawdopodobieństwa awarii za pomocą przedstawionego podejścia. Poruszane są zagadnienia kluczowe w przypadku numerycznej implementacji algorytmów, takie jak efektywność oszacowania czy modyfikacja rozkładu prawdopodobieństwa pozwalająca przyjąć dowolny punkt startowy. Rozdział ten zawiera również przykłady zastosowania proponowanej metody do rozwiązania zadań testowych charakterystycznych w przypadku analizy niezawodności. W niniejszej pracy również przedstawiono wykorzystanie pól losowych do modelowania imperfekcji geometrycznych konstrukcji jedno i dwuwymiarowych. Rozważane imperfekcje mają postać wstępnych odchyleń od idealnej osi pręta bądź powierzchni środkowej płyty. Szczególną uwagę poświęcono uzyskaniu pól losowych, których realizacje spełniają warunki brzegowe utwierdzenia. W tym celu posłużono się metodą warunkowania pól losowych. To podejście było już wcześniej stosowane do definiowania pól losowych, których realizacje spełniają warunki brzegowe swobodnego podparcia. Uwzględnienie warunków utwierdzenia wymagało teoretycznego opracowania zagadnienia warunkowania pól losowych na ich pochodnych. Zaproponowaną metodę przedstawiono na przykładach numerycznych, które pokazały, że uzyskane realizacje pól losowych spełniają warunki brzegowe z zadowalającą dokładnością. Ponadto omówiono warunki ciągłości i różniczkowalności realizacji pól losowych. Przedmiotem jednego z rozdziałów jest przykład, w którym analizuje się niezawodność ściskanej półki blachownicy z uwzględnieniem jej wstępnej deformacji. Jako model tego elementu konstrukcyjnego przyjęto płytę z imperfekcjami w postaci gaussowskiego pola losowego. Spełnienie warunków podparcia przez realizacje pola losowego zostało zapewnione za pomocą metody warunkowania. Rozważanym stanem granicznym jest przekroczenie dopuszczalnych wartości przemieszczeń normalnych do idealnej powierzchni płyty, w wyniku jej ściskania. Do wyznaczenia prawdopodobieństwa awarii zastosowano metodę wzajemnej entropii i metody oparte na Markov chain Monte Carlo. Zwrócono także uwagę, że symetrie konstrukcji skutkują symetriami powierzchni awarii, co wiąże się z występowaniem kilku istotnych punktów projektowych. Intrygujący jest fakt, że pomimo powszechnego wykorzystywania symetrycznych modeli konstrukcji, zagadnienie to nie było wcześniej poruszane w literaturze. Do rozwiązania tego problemu zastosowano podejście oparte na przedstawieniu stanu granicznego w postaci systemu awarii. Tematem poruszanym w pracy jest także optymalizacja niezawodnościowa konstrukcji. Oryginalnym elementem w tym przypadku jest przyjęcie założenia, że pewne parametry projektowe przyjmują wartości w zbiorach dyskretnych. Optymalizacja niezawodnościowa jest problemem, którego rozwiązanie wymaga długotrwałych obliczeń komputerowych. Uwzględnienie dyskretnego charakteru parametrów projektowych stanowi dodatkowe utrudnienie, gdyż uniemożliwia zastosowanie algorytmów gradientowych. Do rozwiązania tak sformułowanego zadania zaproponowano dwa algorytmy. Pierwszy z nich wykorzystuje transformację zmiennych dyskretnych do rozszerzonej przestrzeni parametrów ciągłych. Drugi, to algorytm kontrolowanego przeglądu, w którym wprowadzono modyfikacje zwiększające jego efektywność. Praktyczne zastosowanie tych metod zostało przedstawione na przykładach optymalizacji konstrukcji kratownicowych, gdzie dyskretnymi parametrami projektowymi były pola przekrojów prętów. Takie sformułowanie zagadnienia odzwierciedla ograniczone możliwości doboru elementów konstrukcyjnych przy wykorzystaniu standardowych wyrobów hutniczych. W pracy omówiono również podstawowe zagadnienia związane z analizą niezawodności. Obok klasycznych metod oszacowania prawdopodobieństwa awarii przedstawione jest sformułowanie niezawodności zależnej od czasu oraz metody analizy niezawodności systemów awarii. Rozprawa składa się z 10 rozdziałów. Poza zawierającym wstęp pierwszym rozdziałem, opisują one następujące zagadnienia: Rozdział 2 zawiera podstawy analizy niezawodności. Na wstępie wprowadzane są pojęcia, takie jak: awaria konstrukcji, funkcja graniczna, obszar awarii, prawdopodobieństwo awarii oraz wskaźnik niezawodności. Wykorzystanie tych pojęć zilustrowano za pomocą prostego przykładu. Dalej, rozdział 2 zawiera omówienie podstawowych algorytmów numerycznych wykorzystywanych do wyznaczenia prawdopodobieństwa awarii; są to: transformacja zmiennych losowych do gaussowskiej przestrzeni standardowej, metody FORM i SORM, a także całkowania Monte Carlo z uwzględnieniem metod redukcji wariancji. Rozdział 3 poświęcono zagadnieniu optymalizacji niezawodnościowej konstrukcji. Przedstawiono sformułowanie minimalizacji kosztu początkowego przy ograniczeniach nałożonych na wielkość prawdopodobieństwa awarii. Następnie sformułowanie to rozszerzono o ograniczenia pozwalające uwzględnić dyskretny charakter zmiennych projektowych. Do rozwiązania zadania niezawodnościowej optymalizacji dyskretnej zaproponowano dwa algorytmy. Pierwszy z nich wykorzystuje transformację zadania do ciągłej przestrzeni parametrów. Dopuszczalne wartości dyskretnych parametrów projektowych reprezentowane są za pomocą zmiennych z przedziału [0,1]. Wprowadzenie do zadania dodatkowych ograniczeń pozwala na jednoznaczne określenie optymalnych wartości parametrów dyskretnych. Drugą omawianą metodą jest algorytm kontrolowanego przeglądu. W tym przypadku wprowadzono modyfikację, która polega na wstępnej selekcji kombinacji parametrów projektowych w oparciu o liniową aproksymację wskaźników niezawodności. Dokładnej analizie niezawodności poddawane są tylko te kombinacje, których przybliżone wartości ograniczeń są najbliższe zeru. Taka modyfikacja pozwala na uzyskanie zadowalającego rozwiązania, przy znacznej oszczędności czasu obliczeń. Efektywność obydwu metod porównano na przykładach, optymalizacji konstrukcji kratownicowych. Analizie poddano płaską kratownicę złożoną z 10 prętów oraz kopułę kratownicową podatną na utratę stateczności. W przykładach tych, jako zmienne dyskretne przyjęto pola przekrojów prętów. Rozdział 4 dotyczy wykorzystania w analizie niezawodności pól losowych. Omówiono podstawowe charakterystyki pól losowych, takie jak: funkcja wartości oczekiwanej, funkcja kowariancji, długość korelacji oraz stacjonarność. Oszacowanie prawdopodobieństwa awarii wymaga przedstawienia pola losowego za pomocą skończonej liczby zmiennych losowych - konieczne jest wykonanie tzw. dyskretyzacji. W pracy przedstawiono następujące algorytmy wykorzystywane w tym celu: metody średnich przestrzennych, metody rozwinięcia w szereg oraz aproksymację liniową. Głównym celem rozdziału 4 jest modelowanie za pomocą pól losowych imperfekcji geometrycznych z uwzględnieniem warunków brzegowych utwierdzenia. Zaproponowana metoda wykorzystuje warunkowanie jednorodnego pola losowego na wartościach i pochodnych jego realizacji w punktach brzegowych. Przedstawiono więc sposób, w jaki można określić warunkowe pole losowe, a w załączonym przykładzie wyprowadzano warunkowe funkcje wartości oczekiwanej i kowariancji gaussowskich, pól losowych. Uwzględnienie warunków brzegowych w postaci utwierdzenia wymaga wprowadzenia pojęcia gradientu pola losowego. Ponadto konieczne jest wyznaczenie wzajemnych kowariancji między składowymi gradientu oraz kowariancji wartości pola losowego i składowych jego gradientu. W pracy podano również warunki zapewniające ciągłość i różniczkowainość pól losowych. Przykłady zamieszczone w rozdziale 4 ilustrują zastosowanie zaproponowanej metody do modelowania imperfekcji geometrycznych prętów i płyt z uwzględnieniem warunków ich podparcia. Rozdział 5 poświęcono omówieniu niezawodności zależnej od. czasu. Na wstępie zostały przedstawione podstawowe sformułowania pojęcia prawdopodobieństwa awarii w przedziale czasu: transformacja do zadania niezależnego od czasu oraz klasyczna teoria niezawodności. Przedstawiono również wykorzystywane współcześnie w analizie niezawodności konstrukcji pojęcie prawdopodobieństwa pierwszego przekroczenia powierzchni awarii przez proces losowy modelujący losowe i zależne od czasu parametry projektowe. W dalszej części rozdziału 5 omówiono: kluczowe w przypadku prawdopodobieństwa pierwszego przekroczenia, zagadnienie częstości wyjść procesu losowego do obszaru awarii. Przedstawiono formułę Rice'a dotyczącą procesów ciągłych oraz omówiono metody wyznaczania częstości przekroczeń procesów odnowy o prostokątnych impulsach. Rozdział kończy elementarne zadanie analizy niezawodności zależnej od czasu. Rozdział 6 dotyczy analizy niezawodności systemów. Przedstawiono definicje pojęć takich, jak element oraz system awarii, a w przykładzie wykorzystano je do określenia globalnej awarii kratownicy statycznie niewyznaczalnęj. Omówiono również metody wyznaczania przybliżeń i ograniczeń prawdopodobieństwa awarii systemów. Rozdział 7 poświęcono zastosowaniu metody wzajemnej entropii do wyznaczenia, prawdopodobieństwa awarii konstrukcji. Omówione zostały podstawy teoretyczne tej metody, jak również szczegółowo przedstawiono algorytm numeryczny. Wykorzystano przy tym notację stosowaną w analizie niezawodności konstrukcji. Efektywność prezentowanej metody zbadano na podstawie przykładów testowych odzwierciedlających problemy charakterystyczne w przypadku analizy niezawodności: dużą liczbę zmiennych losowych, małe prawdopodobieństwo awarii, silną nieliniowość powierzchni granicznej, zaszumienie funkcji granicznej, nieróżniczkowalność powierzchni granicznej, złożony kształt systemowych obszarów awarii. Podane wyniki zawierają średnią liczbę symulacji koniecznych do oszacowania prawdopodobieństwa awarii ze współczynnikiem zmienności na poziomie 10%. Na ich podstawie można, więc zidentyfikować zagadnienia, w których metoda wzajemnej entropii jest efektywna. W przykładach omówiono również zagadnienie doboru parametrów algorytmu, zapewniających jego efektywne działanie. Rozdział 8 zawiera podstawy metod Markov chain Monte Carlo oraz prezentuje ich zastosowanie w analizie niezawodności konstrukcji. Rozdział rozpoczyna się od omówienia wybrany cli własności łańcuchów Markowa. Dalej opisywany jest algorytm Metropolis-Hastings będący podstawowym algorytmem typu Markov chain Monte Carlo. Poruszane są następujące zagadnienia związane z jego implementacją: klasyfikacja odmian algorytmu, efektywność oszacowania, oraz dostosowanie do rozwiązywanego zadania. Część rozdziału poświęcono metodom wyznaczania stałych, normalizujących gęstość rozkładu prawdopodobieństwa. Zagadnienie to jest kluczowe w przypadku zaproponowanego sposobu oszacowania prawdopodobieństwa awarii na podstawie próby losowej z optymalnego rozkładu importance sampling otrzymanej za pomocą Markoy chain Monte Cario. W rozdziale 8 omówiono również inne zagadnienia, które są istotne w przypadku proponowanego podejścia: rozszerzenie poza obszar awarii rozkładu prawdopodobieństwa, z jakiego generowana jest próba losowa, ocena błędu oszacowania za pomocą metody bootstrap oraz dobór parametrów tzw. rozkładu pomocniczego. Zamieszczone przykłady numeryczne prezentują efektywność opracowanej metody w przypadku testowych zadań analizy niezawodności. Rozdział 9 stanowi przykład analizy niezawodności ściskanej półki blachownicy z im-perfekcjami geometrycznymi. Zadanie to przedstawia praktyczne zastosowanie omówionych we wcześniejszej części pracy metod modelowania imperfekcji geometrycznych oraz algorytmów analizy niezawodności. Rozdział 10 zawiera wnioski, spostrzeżenia i omówienie możliwości kontynuacji badań.

20

Nelineární analýza klenby tunelu

Mynarz M., Krejsa M.

Roczniki Inżynierii Budowlanej

|

2006

|

z. 6

93--96

EN

This contribution deals with problem of modeling and solving non-linear tasks in the field of design of engineering structures. It is available to obtain the knowledge base of load-bearing systems static and stress-strain characteristics from expensive and timeconsuming experimental tests that are performed either on the testing devices or using numerical modelling. The potential of the second mentioned approach is shown on a finite-element model of reinforced concrete tunnel arc performed in ATENA software. For purpose of the analysis, the structure was modelled considering geometric non-linearity and non-linear material behavior. The passive resistance of surrounding soil is applied.