| Felsőoktatási Intézmény | Nyugat-magyarországi Egyetem Faipari Mérnöki Kar |
|---|---|
| Projektgazda Neve | Nyugat-magyarországi Egyetem |
| Projektgazda Címe | 9400 Sopron, Bajcsy-Zsilinszky u. 4. |
| Kapcsolattartó Neve | Dr. Kánnár Antal |
| Kapcsolattartó Telefonszáma | 99-518-214 |
| Kapcsolattartó Email Címe | toni@fmk.nyme.hu |
| Tudományágak |
|---|
| Fizikai tudományok |
| MŰSZAKI TUDOMÁNYOK |
| Építőmérnöki tudományok |
| Iparágak |
|---|
| Fűrészárugyártás |
| Épületasztalos-ipari termék gyártása |
| Lakó- és nem lakó épület építése |
Műszaki Mechanika és Tartószerkezetek Intézet dolgozói név szerint, Dr. Kánnár Antal egyetemi docens, Dr. Szalai József ny.egy. tanár, Dr. Karácsonyi Zsolt egy. adjunktus, Vanya Csilla doktorandusz, Csikós Szabolcs intézeti mérnök
Bartal és Rabb KFT. Pécs.
A Nyugat Magyarországi Egyetem Műszaki Mechanika és Tartószerkezet Intézete ill. jogelődjei mintegy 50 éve foglalkozik a fa, mint szerkezeti anyag műszaki mechanikai tulajdonságainak vizsgálatával. Az alábbi felsorolásban a főbb kutatási területeket mutatjuk be, melyek kapcsolódnak a bemutatásra kerülő projekt szakmai és alapkutatási megalapozásához:
-a faanyag és faalapú anyagok mechanikai viselkedésének, jellemzőinek vizsgálata
- faszerkezetek kapcsolatainak, csomóponti kialakításainak mechanikai vizsgálata
- faszerkezet teherbírási határállapotának vizsgálata
- rugalmas és viszkoelasztikus anyagmodell alkalmazásával faszerkezeti elem erőtani optimalizálása a végeselem-módszer alkalmazása
-faszerkezetek és technológiai folyamatok tervezésére
-anizotróp anyagú szerkezetek erőtani méretezésének módszertani kutatása
-faanyag tönkremeneteli folyamatának és mechanika tulajdonságainak vizsgálata akusztikus emissziós analízissel
Az eredmények egy része a következő szakkönyvekben jelent meg:
Rónai F.- Somfalvi Gy. :Fa tartószerkezetek.
Műszaki könyvkiadó Bp. 1982.
A faipari műveletek elmélete Mezőgazdasági Szaktudás kiadó. Budapest. 1994.
Szerkesztő: Dr. Sitkei György
Dr. Rónai Ferenc : A faanyag mechanikai jellemzése 8. fejezet 195-259
Dr Fodor Tamás. A faanyag viszko-elasztikus tulajdonsága 9. fejezet 263-290.o.
Dr Fodor Tamás: A zsugorodási feszültségek 10 fejezet 293-308
Mérnöki faszerkezetek. I-II. kötet. Mezőgazdasági Szaktudás kiadó. Budapest. 2001. Szerkesztő: Dr. Wittmann Gyula. 262 old.
Dr. Szalai József 18. fejezet: Faszerkezetek méretezését és gyártását befolyásoló sajátosságok. 143 - 259.
Szalai, J. (1994): A faanyag és faalapú anyagok anizotróp rugalmasság- és szilárdságtana. I. rész: A mechanikai tulajdonságok anizoptrópiája. Hillebrand Nyomda KFT. Sopron. 1995. 398 s.
További jelen kutatáshoz kapcsolható szakcikkek:
Lang, E.M. – Bejó, L. - Szalai, J. – Kovács, Zs. (2000): Orthotropic Strength and Elasticity of Hardwoods in Relation to Composite Manufacture. Part I. Orthotropy of Shear Strength. Wood and Fiber Science. 32(4). 502-519.
Lang, E.M. – Bejó, L. - Szalai, J. – Kovács, Zs. – Andersin, R.B. (2002): Orthotropic Strength and Elasticity of Hardwoods in Relation to Composite Manufacture. Part II. Orthotropy of Compression Strength and Elasticity. Wood and Fiber Science. 34(2). 350-365.
Szalai, J. (2003): Modellalkotás. Nemzeti Tankönyvkiadó. Budapest. 2003. Szerkesztő: M. Csizmadia Béla, Nándori Ernő. 5.1.1. A természetes faanyag és a faalapú anyagok anyagmodelljei.
Kánnár, A (2000). Kaiser effect experiments in wood by acoustic emission testing Proceedings of 12th International Symposium on Nondestructive Testing of Wood Sopron 13-15 September 2000. 393-401.
Kánnár, A. 2006. The Effect of Moisture Content on the Micro-damage Processes of Spruce Wood Investigated by Acoustic Emission Method and Electron Microscopy; Acta Silvatica et Lignaria Hungarica, 2006. Vol. 2. 93-104.
Mindezek alapján kijelenthetjük, hogy az RR tartók méretezésének fejlesztéséhez szükséges kutatói szakértői potenciál rendelkezésünkre áll.
Az alábbi intézményekkel vagyunk szakmai kapcsolatban
SZIE Gépészmérnöki Kar,
Mechanikai és Géptani Intézet Mechanika és Műszaki Ábrázolás Tanszék
BME Építőmérnöki Kar
Tartószerkezetek Mechanikája Tanszék
Széchenyi István Egyetem
Szerkezetépítési és Geotechnikai Tanszék
Technische Universität Wien, Institut für Festigkeitslehre
Universität für Bodenkultur, Institut für Holzforschung
Technische Universität Dresden, Sektion Verarbeitungs- und Verfahrenstechnik, Wissenschaftsbereich Holz- und Faserwerkstofftechnik
Universität Karlsruhe, Institut für Mechanik
Universität Karlsruhe, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Abteilung: Ingenieurholzbau und Baukonstruktionen
Universität München, Institut für Holzforschung, Abteilung Mechanik
Universtitatea "Transilvania" Brasov, Catedra de rezistenta materialelor si vibratii.
Slovak Technical University Bratislava, Fakulty of Civil Engineering, Department of Steel and Wood Structures
Technical University of Kosice, Fakulty of Civil Engineering, Department of Steel and Timber Structures
A faanyag és faalapú anyagok mechanikai viselkedésének vizsgálata akusztikus emissziós analízissel.
OTKA 1996-2000
Építési faanyagok technikai szilárdságainak kísérleti meghatározása OTKA 2002-2006
Akác faanyag technikai szilárdságainak meghatározása GVOP 2006-2007
Rétegelt ragasztott fatartók méretezési és technológiai innovációja a klimatikus sajátfeszültségek figyelembevételével BAROSS-REG-ND-09-2-2009 2010-2012
&ny�<o0� p�� >
Universität für Bodenkultur, Institut für Holzforschung
Technische Universität Dresden, Sektion Verarbeitungs- und Verfahrenstechnik, Wissenschaftsbereich Holz- und Faserwerkstofftechnik
Universität Karlsruhe, Institut für Mechanik
Universität Karlsruhe, Versuchsanstalt für Stahl, Holz und Steine, Abteilung: Ingenieurholzbau und Baukonstruktionen
Universität München, Institut für Holzforschung, Abteilung Mechanik
Universtitatea "Transilvania" Brasov, Catedra de rezistenta materialelor si vibratii.
Slovak Technical University Bratislava, Fakulty of Civil Engineering, Department of Steel and Wood Structures
Technical University of Kosice, Fakulty of Civil Engineering, Department of Steel and Timber Structures
Projektünk célja a rétegelt ragasztott fa tartószerkezetek (rr tartók) rétegrepedési problémáinak vizsgálata, és a tapasztalatok alapján olyan tervezési, gyártási és üzemeltetési eljárásrendszer kidolgozása, mely időt állóbb termék kifejlesztését teszi lehetővé és megteremti az RR tartós épületek biztonságos, meghibásodás mentes hosszútávú működését.
A rr tartók eddigi szúrópróba szerű vizsgálata alapján feltehető, hogy a tartók ragasztóréteg elválási problémáit a nem megfelelő méretezés, a nem megfelelő lamella vastagság, nem megfelelő gyártási fegyelem, és a kedvezőtlen üzemeltetési feltételek okozzák. Alapgondolatunk az, hogy mindezen körülményeket figyelembe vevő tervezés-méretezési eljárással a gondokat mérsékeljük. A hosszabb élettartam értelem szerűen az összköltségre kedvező hatással van.
A fejlesztés menete
A rendszerrel szemben a következő igények merülnek fel:
tartósság
időjárási változások tűrése
egyszerű gyártás és kezelés
kiegészítő termékek kialakítása (ragasztó(k)
A kifejlesztésre kerülő számítási modul figyelembe veszi a változó klimatikus hatásokból származó feszültségeket és ezt szuperponálja a terhelésekből számított feszültségekkel, majd ez alapján méretezi az RR- tartószerkezetet. A technológiai csomag összefoglalja azon gyártási előírásokat ill. javaslatot tesz azon szerkezeti ragasztóanyagok használatára, melyek segítségével a legyártott RR-tartószerkezetek biztonságosan , megnövekedett élettartammal üzemeltethetők, gyógyfürdőkben és egyéb jelentős klimatikus kitettségű épületekben is.
Projektünk új termék és új eljárás kifejlesztésére irányul, amely új technológiai csomag – rendszer kialakítását jelenti és új termék létrehozását is eredményezi.
1.A technológiai csomag:
- Új tervezési eljárás. A belső saját-feszültségeket is figyelembe vevő számítástechnikai eljárással végrehajtható méretezés, mellyel a feszültség csúcsok miatt előálló rétegrepedés elkerülhető.
- A gyártási paraméterek szigorú újraszabályozása, figyelemmel a megépült rr tartók tapasztalataira, ill. elvégzett laboratóriumi kísérletekre valamint egy létrehozott kísérleti tartón mért eredményekre alapozva.
- Üzemeltetési előírások. Meglévő, már üzemelő adatbázis mérési eredményei alapján az üzemelési körülmények szabályozása. (Harkányban telepített páratartalom és hőmérséklet mérő van, eredményeit használjuk.)
A fejlesztés eredményeként létrejön egy RR tartók klimatikus sajátfeszültségeit számító szoftver, melynek eredményeit a már használatban lévő építőipari tartószerkezet tervező programokkal számolható külső terhelésből származó feszültségekkel szuperponálva a szerkezet valós, teljes terhelése vehető figyelembe a méretezés során. Létrejön továbbá egy olyan gyártási és üzemeltetési előírásokat tartalmazó előírásrendszer, mely a szabályozás eddigi hiányosságait kiküszöbölve és kiegészítve azt, a szerkezetek biztonságos működését teremti meg.
A kifejlesztésre kerülő RR-tartórendszer újdonságtartalma
A teherviselő faszerkezetek méretezését 2010-től az EUROCODE 5 közösségi szabvány alapján kell elvégezni. A szabvány részletesen foglalkozik az RR tartók méretezésével figyelembe veszi a faszerkezet tartós szilárdságát, előírást ad a különböző fém kötőelemek csavarkiosztásának meghatározására, és figyelembe veszi a várható uralkodó nedvességtartalom mértékét, csökkentő szorzótényező alkalmazásával.
Nem veszi azonban figyelembe egyrészt az RR tartók réteges felépítéséből származó gyártási sajátfeszültségeket, továbbá nem ad választ arra sem ha a tartó jelentősen változó páratartalmú és hőmérsékletű környezetbe kerül. Ez az eset azonban mindennapos a gyógyfürdők üzemeltetése során. A változó klíma hatására a faanyag dagad ill. zsugorodik, a különböző rétegek nem azonos mértékben a faanyag inhomogén jellege miatt. A zsugorodás- dagadás feszültségei ill. ezek ciklikus volta a tartók rétegrepedéséhez vezet.
Mind Európában (ld. célkitűzések fejezet példáját), mind hazánkban egyre gyakoribb az RR tartók rétegrepedési problémája, mely kritikus esetben a tartószerkezet összeomlásához, bontásához vezet.
A kidolgozandó kiegészítő méretezési modul újdonságtartalma éppen abban áll, hogy figyelembe veszi a gyártási és klimatikus hatások során felhalmozódó feszültségeket és a méretezési eljárásba beépítve biztonságosabbá teszi az RR tartókat. Olyan technológiai előírásokat is megad továbbá, mely már gyártás során a minőségbiztosítást segíti.
A kifejlesztésre kerülő technológiai csomag - amely tartalmazza az új RR tartó rendszert és annak szolgáltatásait - az ágazat és általánosságban a gazdasági és tudományos életre a következő pozitív hatásokat és előnyöket gyakorolja:
- A kifejlesztendő eljárással tervezett, gyártott és üzemeltetett tartók élettartama megnövekedik. A körültekintő tervezéshez, a megfelelő gyártási fegyelemhez, és helyes üzemeltetéshez új szabályozás kell, melynek kidolgozásához (ami állami feladat) a végrehajtandó kutatással létrejövő tudományos eredmények kellő és elegendő alapot szolgáltatnak.
- Az kifejlesztésre kerülő termék anyagköltséget, munkaidő ráfordítást csökkent. Jelenleg az RR tartók 150.000 – 250.000 Ft/köbméter áron vásárolható meg. Ezek a tartók 5-8 évet képesek probléma nélkül „üzemelni”. A kifejlesztésre kerülő technológiai csomag segítségével az új RR tartók nem 15-25 évre hanem akár 50 évre is szavatossá válnak, mind a belső feszültségtűrés, mind a hőmérséklet ingadozás és pára tekintetében sokszorosan ellenállóbbak lesznek. Az új RR tartók köbméterenkénti ára számítások szerint 300.000 Ft lesz, ami a kétszeres életkort tekintve elhanyagolható drágulás.
A projekt eredményeit felhasználók köre részben a már meglévő gyógyfürdők tulajdonosai, akik a kialakított üzemeltetési előírások betartásával épületeik élettartamát jelentősen megnövelhetik. Tekintve, hogy ezen épületszerkezetek bekerülési költsége 50-100 MFt nagyságrendű, az élettartam növekedés több milliárd forint megtakarítást jelent, ha figyelembe vesszük a hazai gyógyfürdők jelentős számát (min 50 db).
A felhasználók másik köre az új RR-tartószerkezeteket tervező cégek ill. az RR-tartókat gyártó üzemek. Számukra a számító modell ill. annak eredményei egy biztonságosabb tartószerkezetet jelent, mely hosszabb élettartamú és meghibásodásra kevéssé érzékeny.
A projekt társadalmi jelentősége abban áll, hogy nem kell tartani ezen szerkezetek hirtelen tönkremenetelétől (ld. bevezető), így szélesebb körben elterjedhet a fával való organikus építészet kedveltsége, elfogadottsága, erősítve a faipar szerepét a gazdaságban.
Összefoglalásként elmondhatjuk, hogy mind tudományosan, mind gazdaságilag jelentős eredmények várhatók a projekt megvalósulásával hazai és nemzetközi szinten is.
Az RR tartók elterjedése a 70-es évek közepétől indult meg Magyarországon. Köszönhetően annak, hogy könnyebb, rugalmasabb és olcsóbb, mint a fém – és vasbeton tartószerkezetek. Jelenleg számtalan építőipari cég foglalkozik RR tartók építésével és a faszerkezetek gyártásával. Az RR tartók megfelelő minőségi anyagok és minőségi beszerelést és üzemeltetést követően időtállóak. Azonban egyre több esetben előfordul az RR tartók károsodása és a károsodás okán egész tetőszerkezetek életveszélyessé válása (pécsi uszoda, berettyóújfalui uszoda…, harkányi III. sz. medence stb.) A problémát az okozza, hogy hiányoznak a változó klimatikus környezeti hatásnak kitett RR tartók időbeli viselkedésének, saját feszültségek mértékének és a használt D4 ragasztók célzott vizsgálata. Célunk kutatások segítségével egy új RR tartó méretezési eljárás, szigorúbb gyártási előírások és alkalmazási feltételek kidolgozása, mellyel elérhető lesz a megkívánt élettartam növelés.
A rétegelt ragasztott termékek az építészetben egyre nagyobb teret hódítanak, és a tervezett szerkezetek egyre összetettebbek. A felhasznált faanyag és a ragasztott kötések az idő elteltével és a környezeti hatások következtében veszítenek a szilárdságukból.
1. ábra-A jégpálya beszakadt szerkezete.
Németországban leszakadt rétegelt ragasztott tartó (1. ábra) 2006. január 2-én Bad Reihenhall városában. A rétegelt ragasztott tartók a hó terhelése és a jég súlya alatt beszakadtak. A vizsgálatok meg állapították, hogy a szerkezetben használt ragasztó nem volt alkalmas arra, hogy teherhordó szerkezetnél használják fel. Az is kiderült, hogy az épület építésekor a ragasztott tartokra vonatkozó előírások nem szabályozták a szerkezetet és a felhasznált ragasztót sem. Magyarország területén és Európában egyre több rétegelt ragasztott tartót használnak fel és a beépített tartók egyre öregebbek. A teherhordó szerkezetek utólagos vizsgálata azonban mindig háttérbe szorult.
A projekt eredményeként mind a hirtelen meghibásodás esélye, mind a tartók tervezési élettartam (30-50 év) előtti cseréjének valószínűsége jelentősen csökken és ezzel mind biztonsági szintje mind gazdaságossága jelentősen növekszik.
