Contract 235/2014

PARTENERIATE 235/2014

 

Contract de finanţare pentru Execuţie proiecte: 235/2014
Denumirea Programului din PN II: PARTENERIATE ÎN DOMENII PRIORITARE 
Tip proiect: Proiecte colaborative de cercetare aplicativă
Titlul proiectului: “Grup de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi a viaductelor”
Autoritatea Contractantă: Unitatea Executivă pentru Finanţarea Învăţământului Superior, a Cercetării, Dezvoltării şi Inovării –  UEFISCDI
Direcţia de Cercetare: Materiale, procese şi produse inovative
Acronimul proiectului: GRAMP 
Coordonator: INSTITUTUL DE CERCETĂRI PENTRU ECHIPAMENTE ŞI TEHNOLOGII ÎN CONSTRUCŢII – ICECON S.A. 
Director de proiect: Prof.dr.ing.dr.h.c. Polidor BRATU

OBIECTIVELE PROIECTULUI

 

  • Obtinerea unui grup de rezemare cu performanţe de izolare dinamică şi efect disipativ combinat prin efectul simultan sau individual al mecanismelor de frecare uscată, vâscoelastic şi vâscos, destinat izolării antiseismice pentru poduri şi viaducte, la nivel de model experimental.
  • Fundamentarea şi elaborarea unui model matematic pentru aceste tipuri de grupuri de rezemare şi izolare antiseismică.
  • Conceperea unor variante constructive, inovative, cu performanţe definite şi măsurabile, astfel încât să poată fi compatibile cu categoriile de poduri şi viaducte, amplasate în zone seismice recunoscute.
  • Valorificarea rezultatelor cercetărilor efectuate printr-un model de analiză dinamică a conlucrării viaduct-grup de rezemare, în condiţiile de acţiuni dinamice generate de şocuri şi solicitari seismice.

 

REZULTATELE PRECONIZATE ALE PROIECTULUI

 

  • Grup de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor, la nivel de model experimental.
  • Model matematic pentru comportarea la acţiuni dinamice a grupului de rezemare cu amortizare mixtă.
  • Studiu dinamic al conlucrării ansamblului viaduct-grup de rezemare, în condiţiile de acţiuni dinamice generate de şocuri şi solicitari seismice.

 

ORIGINALITATEA ŞI CONTRIBUŢIA INOVATIVĂ A PROIECTULUI

 

  • Grupul de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor, propus, este în totalitate original.
  • Caracterul inovativ al proiectului este dat de caracteristicile grupului de rezemare, respectiv: amortizează toate componentele mişcării absolute a suprastructurii podului, realizează amortizarea optimă şi asigură revenirea suprastructurii la starea iniţială după evenimentul seismic. Aceste caracteristici sunt date de modul de alcătuire al grupului de rezemare care are caracter de noutate absolută pe plan mondial.
  • Toate soluţiile practicate pe plan mondial până în acest moment se referă la utilizarea unui singur tip de reazem izolator care realizează un singur tip de amortizare, fie prin frecare uscată, fie vâsco-elastică, fie vâscoasă. Prezenta soluţie combină într-un singur produs toate cele trei tipuri de amortizare. Alte realizări similare pe plan mondial nu există.

 

REALIZAREA PROIECTULUI 

 

Data de începere a proiectului:  01.07.2014
Data de încheiere a proiectului: 30.06.2016

Program PARTENERIATE

 

Contract nr. 235 /2014 – PN-II-PT-PCCA-2013-4-0392
Denumire proiect: Grup de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor – acronim GRAMP
Coordonator: Institutul de Cercetări pentru Echiapamente şi Tehnologii în Construcţii- ICECON S.A. Bucureşti
Parteneri:   –    UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI
 
 
  • CENTRUL DE CERCETARE – INCERCON S.R.L.
  • CITCON NOVA S.R.L.
  • SOCIETATEA PENTRU REABILITAREA ECHIPAMENTELOR ŞI CONSTRUCŢIILOR – SORECON S.R.L.

Buget

 

ANUL

Buget (lei)

Cofinanţare (lei)

TOTAL (lei)

2014

103000

2000

105000

2015

759000

139085

898085

2016

133000

8667

141667

TOTAL (lei)

995000

149752

1144752

Obiectivul proiectului

Soluţia inovativă a unui grup de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor, care să îndeplinească funcţiile dispozitivelor de izolare utilizate în prezent şi în plus să prezinte următoarele caracteristici:

 

  • amortizează toate cele şase componente ale mişcării suprastructurii podului produse de acţiunea seismică (trei translaţii şi trei rotaţii);
  • realizează amortizarea optimă;
  • permite revenirea la poziţia a suprastructurii după încetarea acţiunii seismice.

 

In derulare: Etapa 1 – Studii si analize – termen predare 10.12.2014

 

  • Stadiul actual si analiza regimurilor de solicitare a grupurilor de rezemare

Studiul cinematic si dinamic pentru grupul de rezemare – partea I – studiul grupului de rezemare cu corpuri de rostogolire.

DESCRIEREA PROIECTULUI (REZUMAT)

 

 

Prezentul proiect conţine soluţia inovativă a unui grup de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor, care să îndeplinească funcţiile dispozitivelor de izolare utilizate în prezent şi în plus să prezinte următoarele caracteristici:

 

  • amortizează toate cele şase componente ale mişcării suprastructurii podului produse de acţiunea seismică (trei translaţii şi trei rotaţii);
  • realizează amortizarea optimă;
  • permite revenirea la poziţia a suprastructurii după încetarea acţiunii seismice.

Grupul de rezemare şi izolare antiseismică va fi compus din:
1. izolator elastomeric de tip HDRB sau LRB;
2. izolator cu frecare FPS sau reazem sferic;
3. sistem format din şase amortizoare hidraulice, dispuse într-o configuraţie geometrică conform schemei cinematice a platformelor Stewart;
4. elemente de legătură.
Toate elementele componente ale grupului cu rol de izolare şi amortizare sunt produse de sine stătătoare, în fabricaţia curentă a unor firme cu experienţă şi expertiză în domeniu, cu caracteristici definite individual, utilizate şi verificate în mod curent în practica de izolare dinamică a viaductelor şi podurilor.
Grupul de rezemare şi izolare antiseismică, în viziunea prezentului proiect, poate fi realizat în două variante de alcătuire, fiecare variantă reprezentând din punct de vedere conceptual, constructiv şi funcţional, un produs sistemic.
În prima variantă de alcătuire, „grup serie”, reazemul sferic/izolatorul cu frecare, este montat în paralel cu sistemul de amortizoare hidraulice aranjate în configuraţie Stewart şi acest subansamblu este montat în serie cu izolatorul elastomeric HDRB/LRB. În a doua variantă constructivă, „grup paralel”, reazemul sferic/izolatorul cu frecare, este montat în serie cu izolatorul elastomeric HDRB/LRB, formând un subansamblu, care la rândul lui este montat în paralel cu sistemul de amortizoare hidraulice în configuratie Stewart.
Amortizarea optimă pentru grupul de rezemare şi izolare antiseismică va fi obţinută prin conlucrarea celor trei tipuri de dispozitive din componenţa sa, prin combinarea celor trei tipuri de amortizări specifice fiecărui dispozitiv dar şi prin ponderarea amortizărilor specifice fiecărui dispozitiv în amortizarea totală a grupului.

Obiectivele proiectului sunt:

 

  • Obtinerea unui grup de rezemare cu performanţe de izolare dinamică şi efect disipativ combinat prin efectul simultan sau individual al mecanismelor de frecare uscată, vâscoelastic şi vâscos, destinat izolării antiseismice pentru poduri şi viaducte, la nivel de model experimental.
  • Fundamentarea şi elaborarea unui model matematic pentru aceste tipuri de grupuri de rezemare şi izolare antiseismică.
  • Conceperea unor variante constructive, inovative, cu performanţe definite şi măsurabile, astfel încât să poată fi compatibile cu categoriile de poduri şi viaducte, amplasate în zone seismice recunoscute.
  • Valorificarea rezultatelor cercetărilor efectuate printr-un model de analiză dinamică a conlucrării viaduct-grup de rezemare, în condiţiile de acţiuni dinamice generate de şocuri şi solicitari seismice.

 

Rezultatele proiectului vor fi: grup de rezemare cu amortizare mixtă, în conceptie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor, la nivel de model experimental; model matematic pentru comportarea la acţiuni dinamice a grupului de rezemare cu amortizare mixtă ; studiu dinamic al conlucrării ansamblului viaduct-grup de rezemare, în condiţiile de acţiuni dinamice generate de şocuri şi solicitări seismice.

ECHIPA DE CERCETARE

 

Nr.crt.

Nume

Partener

Functia in cadrul proiectului

Titlu universitar sau stiintific

1 BRATU POLIDOR ICECON SA Director Prof.dr.ing.
2 ZAHARIA CATALIN ICECON SA Membru CS II
3 ALEXANDRU CARMEN ICECON SA Membru Drd.ing.CS III
4 MURZEA PATRICIA ICECON SA Membru Dr. ing. CS III
5 KAKSO KALMAN ICECON SA Membru Dr.Ing.
6 STANESCU DORU ICECON SA Membru Prof. dr.ing.
7 TECAU FLORIN ICECON SA Membru Dr.ing.
8 DEBELEAC CARMEN ICECON SA Membru Conf.dr.ing.
9 DIMA MARIAN UTCB Responsabil Conf.dr.ing.
10 RACANEL  IONUT UTCB Membru Conf.dr.ing.
11 FRANCU CATALIN UTCB Membru Drd. ing. As. Univ.
12 PAVEL CRISTIAN UTCB Membru Prof.dr.ing.
13 BRUJA ADRIAN UTCB Membru Prof.dr.ing.

REZULTATE PRECONIZATE IN ETAPA I

 

La realizarea etapei I s-au elaborat studii cu tematica urmatoare:

  • Analiza utilizarii reazemelor antiseismice in constructia podurilor si viaductelor.
  • Exemple de utilizare a reazemelor antiseismice la poduri si viaducte.
  • Tipuri de reazeme frecvent utilizate.
  • Firme producatoare si modelele lor principale.
  • Studiul regimurilor de solicitare ale grupurilor de rezemare formate din dispozitive individuale utilizate în prezent, funcţie de acţiunile statice şi dinamice exterioare care acţionează asupra suprastructurii podurilor. Rezultatele acestui studiu sunt: deplasări, viteze, acceleraţii, frecvenţe, amplitudini şi parametrii de răspuns ai grupului de rezemare, în regim de excitaţie cinematică şi dinamică exterioară. Aceste rezultate sunt necesare pentru întocmirea modelului matematic care descrie comportarea grupului de rezemare şi izolare antiseismică propus.
  • Studiul cinematic şi dinamic pentru grupul de rezemare şi izolare. Acest studiu s-a concretizat prin stabilirea funcţiei de legătură între parametrii de intrare ai solicitărior exterioare asupra grupului de rezemare şi parametrii de ieşire care măsoară răspunsul grupui la solicitările exterioare. În cadrul acestui studiu o importanţă aparte o are studiul ansamblului de şase amortizori legaţi în configuraţia Stewart. Platformele Stewart sunt utilizate frecvent în robotică la construcţia roboţilor paraleli. Ele sunt formate dintr-o platformă fixă, o platformă mobilă cu şase grade de mobilitate (elementul condus) şi şase mecanisme de acţionare legate între cele două platforme. Fiecare mecanism de acţionare conţine câte un motor liniar sau rotativ (elementele conducătoare), iar pentru producerea unei mişcări simple, rotaţie sau translaţie, a platformei mobile participă toate mecanismele de acţionare. În cazul grupului de rezemare şi izolare propus sunt inversate rolurile între elementele conduse şi conducătoare ale platformei Stewart, respectiv platforma mobilă devine element conducător cu şase grade mobilitate determimate de mişcarea suprastructurii podului iar în locul motoarelor din componenţa mecanismelor de acţionare sunt prevăzuţi amortizori cu rol de elemente conduse. În consecinţă funcţia de transfer a ansamblului de şase amortizori este inversa funcţiei de transfer a platformelor Stewart.

Etapa II – Studii de analiza si brevetare

ECHIPA DE CERCETARE

 

Nr.crt.

Nume

Partener

Functia in cadrul proiectului

Titlu universitar sau stiintific

1 BRATU POLIDOR ICECON SA Director Prof.dr.ing.
2 ZAHARIA CATALIN ICECON SA Membru CS II
3 ALEXANDRU CARMEN ICECON SA Membru Dr.ing.CS III
4 POPA SORIN ICECON SA Membru Ing.
5 CIUNCANU MIHAI ICECON SA Membru Drd.ing.
6 OU ILEANA INCERCON  SRL Membru Prof. dr.ing.
7 DIMA MARIAN UTCB Responsabil Conf.dr.ing.
8 RACANEL  IONUT UTCB Membru Conf.dr.ing.
9 FRANCU CATALIN UTCB Membru Dr. ing. As. Univ.
10 PAVEL CRISTIAN UTCB Membru Prof.dr.ing.
11 BRUJA ADRIAN UTCB Membru Prof.dr.ing.

REZULTATE PRECONIZATE IN ETAPA II

 

Grupul de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor, figura 1, este realizat dinr-o armătură superioară de legătură (1.1) la suprastructura podului/viaductului, montată solidar cu semicupla sferică convexă (1.3) a dispozitivului cu alunecare prin frecare uscată, ce se află în contact mecanic permanent cu semicupla sferică concavă (2.1), montată solidar pe izolatorul elastomeric antiseismic (4), care la rândul său este fixat mecanic de armătura inferioară de prindere la pila podului/viaductului (3.3). În paralel cu izolatorul elastomeric antiseismic (4) şi reazemul sferic (1.3, 2.1) între armătura superioară (1.1) şi cea inferioară (3.3) sunt legate  amortizoarele hidraulice Ah1, Ah2, ….. Ah6, cu ajutorul unor articulaţii sferice A3, B3, C3, D3, E3, F3  la armătura inferioară şi a unor articulaţii sferice A1, B1, C1, D1, E1, F1 la armătura superioară. Cele şase amortizoare hidraulice Ah1, Ah2, ….. Ah6 sunt montate în configuraţia platformei Stewart.

fig.1

Raportul ştiinţific elaborat pentru această etapă este structurat pe patru capitole după cum urmează:
Capitolul 1. Studiu cinematic şi cinetostatic prin metoda geometrică pentru grupul de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor. În acest capitol se porneşte de la concluziile etapei întâi, se analizează variantele de montaj ale reazemului sferic și reazemului cu elastomeri, se adoptă soluţia soluţia constructivă din corelaţia parametrilor geometrici ai grupului de rezemare şi se justifică alegerea făcută. Capitolul continuă cu studiul cinematic și cinetostatic pentru platforma Stewart, respectiv: studiul deplasărilor, studiu de viteze , studiul cinetostatic şi modelarea matematică pentru studiul cinematic și cinetostatic. La finalul capitolului se interpretează rezultatele obţinute.

Capitolul 2. Studiu cinematic analitic pentru grupul de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor.
În acest capitol se face studiul cinematic analitic pentru întreg grupul de rezemare folosind matricile de transformare a coordonatelor între sistemele de referinţă. Studiul cuprinde:  studiul poziţiilor, studiul deplasărilor, studiul vitezelor, studiul acceleraţiilor. Pe baza relaţiilor de calcul deduse se analizează două cazuri de funcţionare a grupului, respectiv cazul cu excitaţie armonică şi cazul cu excitaţie seismică.

Capitolul 3. Studiu dinamic analitic pentru grup de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor. În acest capitol se studiază problema dinamică directă a comportamentului grupului de rezemare sub influenţa mişcării seismice prin metoda Multibody System, pornind de la ecuaţiile lui Lagrange de speţa a II-a şi incluzând constrângerile cinematice şi motoare prin intermediul multiplicatorilor lui Lagrange. Pentru început se studiază sistemul neliniar şi din cauza complexităţii acestora se trece la liniarizarea sistemului de ecuaţii diferenţiale.

Capitolul 4. Modelare şi simulare numerică pentru grupul de rezemare cu amortizare mixtă, în concepţie modulară, pentru izolarea dinamică la acţiuni seismice a podurilor şi viaductelor. În acest capitol se parcurg următoarele etape: stabilirea sistemului real şi a procesului ce urmează să fie modelat, idealizarea componentelor sistemului fizic (izolatorul elastomeric antiseismic, reazemul sferic, amortizorul hidraulic), realizarea modelului fizic, simularea şi obţinerea rezultatelor. Pentru rularea aplicaţiei s-a considerat că grupul de rezemare este supus unei mişcări seismice obţinute prin aproximarea deplasărilor cutremurului din 4 martie 1977 prin curbe spline.

Etapa III– Proiectare, realizare si experimentare model experimental

 

ECHIPA DE CERCETARE

 

Nr.crt.

Nume

Partener

Functia in cadrul proiectului

Titlu universitar sau stiintific

1 BRATU POLIDOR ICECON SA Director Prof.dr.ing.
2 ZAHARIA CATALIN ICECON SA Membru CS II
3 POPA SORIN ICECON SA Membru Ing
4 CONSTANTIN BOGDAN ICECON SA Membru Ing.
5 DIMA MARIAN UTCB Responsabil Conf.dr.ing.
6 RACANEL IONUT UTCB Membru Conf.dr.ing.
7 FRANCU CATALIN UTCB Membru Dr. ing. As. Univ.
8 PAVEL CRISTIAN UTCB Membru Prof.dr.ing.
9 BRUJA ADRIAN UTCB Membru Prof.dr.ing.
10 GHECEF CĂTĂLINA CITCON NOVA  SRL Membru Dr. ing.
11 CONSTANTIN VIOREL SORECON SA Membru Ing.

REZULTATE PRECONIZATE IN ETAPA III

Proiectarea grupului de rezemare si izolare antiseismica s-a facut în paralel cu simularea dinamica a modelului virtual al acestuia. Aceasta abordare este impusa de cerinta de obtinerea unei valori optime a amortizarii pentru întregul grup. Astfel înca din faza de proiectare sunt obtinute rezultatele comportarii grupului de rezemare si izolare în mai multe variante constructive si pentru mai multe valori ale parametrilor caracteristici ai fiecarui dispozitiv individual. Din aceasta cauza proiectarea a cuprins doua variante: varianta extinsa, reala si varianta restrânsa, mai utor de testat în conditii de laborator, atât pe componente de izolare antiseismica separate (amortizoare hidraulice si elemente de rezemare elastomerice).

Experimentarea prevazuta în acest proiect are rolul de a stabili valorile concrete ale parametrilor de izolare antiseismica pentru grupul de rezemare si izolare proiectat si realizat în variantele prezentate anterior si de validare a etapelor de studiu, modelare matematica, simulare dinamica si proiectare. Experimentarea va fi facuta respectând standardele si normativele în vigoare privitoare la aparate de reazem pentru structuri, în special SR EN 1337/2006 si SR EN 15129/2010.

Rezultatele cercetarilor, proiectarii si experimentilor efectuate în cadrul etapei III a proiectului vor fi valorificate într-model de analiza dinamica a conlucrarii suprastructurii podului/viaductului cu grupurile de rezemare. Aceasta analiza va constitui un instrument pus la dispozitia cercetatorilor si proiectantilor de poduri pentru aprecierea conlucrarii ansamblului viaduct – grup de rezemare si comportarea întregului ansamblu la actiuni seismice.

Fig. 1 – Proiectul variantei 2 de proiectare a modelului experimental al reazemului mixt GRAMP – varianta pentru etapa I de experimentare

Noutati