STUDIEPRAKTIK BYGGE- OG ANLÆGSKONSTRUKTION SØREN MADSEN CIVILINGENIØR, PH.D.

Transkript

1 STUDIEPRAKTIK BYGGE- OG ANLÆGSKONSTRUKTION SØREN MADSEN CIVILINGENIØR, PH.D.

2 Dagens program Introduktion Hvad er bygge- og anlægskonstruktion Studieretninger inden for bygge- og anlægskonstruktion Statik og styrkelære Opgave Modeller Laboratorier Studiets opbygning og form Opbygning Kurser Arrangementer 2

3 Introduktion Søren Madsen Uddannelse: HTX Horsens Tekniske Gymnasium Civilingeniør, AAU Bygge- og Anlægskonstruktion Ph.d. Studerende, AAU Buckling/Ståldesign/Geoteknik Adjunkt i Konstruktioner og Design, AAU (Assistant Professor) 3

4 Uddannelsens opbygning Bachelor / diplom semester semester Civilingeniør kandidatsemester Byggeog anlægskonstruktion Bygge- og anlægskonstruktion Fællesforløb Konstruktion Indeklima & Energi Vej & Trafik Vand & Miljø Indeklima & Energi Vej & Trafik Indeklima & Energi Vej & Trafik Byggeledelse Vand & Miljø Vand & Miljø Diplompraktik afgangsprojekt Diplomingeniør semester 4

5 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Når man hører bygge- og anlægskonstruktion tænker man?? 5

6 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Men konstruktionslinien giver dig også evnen til at regne på 6

7 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Bygninger Anlæg Broer Vindmøller Havenergi Styrke Bæreevne Stivhed Dimensionering Materialeegenskaber Laster Statisk og dynamisk påvirkning 7

8 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Hvorfor skal vi regne på en konstruktion? Japan 2011 (jordskælv 9,2 på Richterskalaen) Ballerup Super Arena 3. januar 2003 Sammenstyrtet stald vinteren Væltet bygning Filippinen

9 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Hvorfor skal vi regne på en konstruktion? FILM: Kollaps af dansk vindmølle FILM: Kollaps af bygning 9

10 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Hvorfor skal vi regne på en konstruktion? Jordskred ved metrobyggeri. 51 mennesker evakueret. August 2014 Jordskred Bro over Helsingørmotorvejen er styrtet sammen. 27 september 2014 Motorvejsbro ved Nørresundby er styrtet sammen. april

11 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Hvorfor skal vi regne på en konstruktion? Minimer risikoen for personskade. Minimer risikoen for økonomiske tab (herunder driftstab). Vi benytter ofte betegnelsen risiko som beskriver sandsynligheden for at noget går galt gange konsekvensen af at det går galt. Man skal føle sig tryg og sikker i sit eget hjem. 11

12 Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Typiske risiko værdier for forskellige aktiviteter Aktivitet Årlige dødsrate ( 10-9 døde/times eksponering) Typisk Eksponering (timer/år) Typisk risiko for død ( 10-6 /år) Bjergbestigning Svømning Rygning Flyvning Bilkørsel Tog transport Minearbejde Bygningsarbejde Produktions arbejde Bygnings brand Bygnings svigt

13 Studieretninger inden for bygge- og anlægskonstruktion Bærende konstruktioner Geoteknik og fundering Broer Offshore konstruktioner Vindmøller Konstruktioner Materialer (træ, stål, beton) Strukturel dynamik Offshore fundamenter Vindmølle fundamenter Forundersøgelser Materialeegenskaber for jord Vandbygning Vindmøller Offshore konstruktioner Bølgeenergi anlæg Havne- og kanalanlæg Pålidelighed og risikoanalyse Vindmøller Offshore konstruktioner Det eneste der adskiller de forskellige studieretninger er afgangsprojektet 13

14 Jobtyper Kommuner/regioner/stat Rådgivning Entreprenører Fabrikanter Forskning / ph.d. 14

15 Statik og styrkelære Konstruktionsmaterialer Typiske konstruktionsmaterialer indenfor byggeri og anlæg: Stål Træ Beton Mursten 15

16 Statik og styrkelære Stål Fremstilles ved nedsmeltning af jernmalm som valses til den ønskede profil-type 16

17 Statik og styrkelære Stål Fordele: Samme egenskaber i træk og tryk Stærkt materiale Ulemper: Korrosion (rust) hvis materialet er ubeskyttet Dyrt materiale 17

18 Statik og styrkelære Træ Opsaves fra træstammer af typisk nåletræ. Kvaliteten afhænger af træsorten, knaster, mm. 18

19 Statik og styrkelære Træ Fordele: Nemt at bearbejde (save, slå søm i, mm.) Naturligt/Organisk materiale med arkitektonisk kvalitet Ulemper: Nedbrydes af fx fugt, råd og svamp mm. Forskellige materialegenskaber afhængig af fiberretningen 19

20 Statik og styrkelære Beton Fremstilles af cement, vand og tilslagsmateriale (sand og sten) Kombineres ofte med stål armeret beton 20

21 Statik og styrkelære Beton Fordele: Kan udstøbes i næsten alle former Gode egenskaber i tryk Ulemper: Nedbrydes ved vandindtrængning efterfulgt af frost. Dårlige egenskaber i træk 21

22 Statik og styrkelære Brudstyrke Brudstyrke i forhold til vægt 22

23 Statik og styrkelære Laster Belastningen på en konstruktion omfatter: Egenlast (lasten hidrørende fra egenvægten) Nyttelast (fx køretøjer på en bro, personer) Naturlast (fx vind og bølger). 23

24 Statik og styrkelære Statik den del af den mekaniske fysik, der handler om kræfter og kraftsystemer, der holder legemer i ligevægt. Indenfor Byggeri og Anlægskonstruktioner anvender vi statik til at bestemme de indre kræfter i de enkelte konstruktionselementer. Statik kan ligeledes anvendes til at bestemme nedbøjning / deformationen af forskellige konstruktionselementer. 24

25 Statik og styrkelære Vi arbejder generelt med 5 forskellige typer konstruktionselementer Stang: Kun belastet af trækkraft i længderetningen Søjle: Kun belastet af trykkraft i længderetningen Bjælke: Kun belastet vinkelret på længderetningen 25

26 Statik og styrkelære Vi arbejder generelt med 5 forskellige typer konstruktionselementer Skive: Kun belastet i sig eget plan Plade: Kun belastet vinkelret på eget plan 26

27 Statik og styrkelære stænger, søjler, bjælker, plader og skiver i en konstruktion. Det samme konstruktionselement kan have flere anvendelser også samtidig! 27

28 Statik og styrkelære Statik Som bygningsingeniør snakker man om at undersøge en konstruktion i 2 tilstande. BGT Brudgrænsetilstanden AGT Anvendelsesgrænsetilstanden 28

29 Statik og styrkelære Statik BGT Brudgrænsetilstanden Konstruktionen som helhed eller dele af den er i brud Konstruktionen er ubrugelig Brud i materialer, udmattelse, instabilitet i form af udknækning af søjler, kipning af bjælker eller ved væltning af søjler FILM: Takoma Bridge: 29

30 Statik og styrkelære Statik AGT Anvendelsesgrænsetilstanden Grænsen mellem acceptabel og uacceptabel tilstand under normal brug Revnedannelse, store deformationer, utætheder eller generende svingninger FILM: Millenium Bridge XWZ8 30

31 Statik og styrkelære Hvad er en spænding? Spænding definition: (Pa, KPa, MPa) (N, kn) (mm 2, cm 2, m 2 ) F F F 31

32 Statik og styrkelære Hvad er en spænding? Spænding definition: (Pa, KPa, MPa) (N, kn) (mm 2, cm 2, m 2 ) 32

33 Statik og styrkelære Undersøgelse af en konstruktions bæreevne (Dimensionering): Konstruktionsudkast Bestemmelse af laster (f.eks. Egenlast, nyttelast, snelast, vindlast) Beregning af spændinger i konstruktionselement Kontroller Styrke > spænding Styrke >>spænding (ej økonomisk) OK Styrke<spænding (Brud) 33

34 Statik og styrkelære Hvad er en tøjning? Tøjning: æ æ æ ø ø (-) eller (%) 34

35 Opgave: Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) Stålstang Strain gauges til at måle tøjning, ε Stålstangen indsættes i maskinen 35

36 Opgave: Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) 36

37 Opgave: FILM 37

38 Opgave: Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) Studiepraktik

39 Opgave: Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) Der måles en kraft (F) i kn under forsøget Tøjningen (ε) måles indtil strain gauges falder af grundet flydning Tiden (t) måles i sekunder b 50,26 mm t 5,5 mm 500 mm 558 mm 39

40 Opgave: Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) Omregn kraften til en spænding Optegn arbejdskurven (ε, σ diagram) (%, MPa) Vurder Beregn E-modulet (hældningen) Optegn kurven som funktion af tiden (t, σ diagram) (sek, MPa) Vurder Beregn slut tøjningen Spænding: (MPa) (kn) Hint: 1 kn/mm 2 =1000 MPa Tøjning: (-) eller (%) E-modul: 40

41 Opgave Resultater Arbejdskurve, σ ε Spænding, σ [MPa] ,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Tøjning, ε [%] MPa 210GPa 41

42 Opgave Resultater σ(t) 600,0 500,0 550 MPa Spænding, σ [MPa] 400,0 300,0 200,0 100,0 0, Tid [s] Slut tøjning: 558 mm 500 mm 500 mm 0,116 0, % 11,6% 42

43 Opgave 43

44 Modeller Hvad vil det sige at være ingeniør? Opfinder R&D afdelinger f.eks. Vestas, Siemens AAU bøttefundament AAU Wavedragon Praktiserende med ide til konkret problemstilling Spåmand Anvender matematik og fysik til at opstille en model der kan hjælpe med at spå om hvordan en given konstruktion opfører sig 44

45 Modeller 45

46 Modeller Virkeligheden er for kompliceret Derfor bruger vi modeller en simplificeret virkelighed Modellen skal være den bedst mulige beskrivelse af virkeligheden 46

47 Modeller Hvad er en model? Eksperimentel Laboratorie Fuldskala Empiri Teoretisk Differentialligning Statisk system Numerisk Abaqus Plaxis Robot 47

48 Modeller Ulemper ved modellerne Eksperimentel Laboratorie Fuldskala Empiri Teoretisk Differentialligning Statisk system Numerisk Abaqus Plaxis Robot Laboratorie: Skalaeffekter Randbetingelser Ofte langsommelig Fuldskala Bekosteligt Kræver meget plads 1D eller 2D situationer Ofte med mange simplificeringer eller antagelser Input=output Bygger på en materialemodel Randbetingelser 48

49 Modeller Fordele ved modellerne Eksperimentel Laboratorie Fuldskala Empiri Teoretisk Differentialligning Statisk system Numerisk Abaqus Plaxis Robot Viser helhedsopførsel Virkelighedstro (naturlove) Simplere setup Løsningen er teoretisk korrekt Når først modellen er lavet kan der udføres mange simuleringer og undersøges flere situationer Visuel Tilsammen er modellerne gode til at beskrive virkeligheden 49

50 Modeller Hvordan hænger opgaven fra før sammen med modeller? Virkeligheden I skal dimensionere Forsøget og resultatet herfra er en model af hvordan stålet vil opføre sig under træk såfremt der anvendes samme slags stål 50

51 Modeller - FILM Udsnit af en kode til modellering 51

52 Modeller - FILM 52

53 Laboratorier - konstruktion Til bygge- og anlægskonstruktioner hører et stort laboratorie de er knyttet til de forskellige fagretninger 53

54 Laboratorier - geoteknik Til bygge- og anlægskonstruktioner tilhører et stort laboratorie de er knyttet til de forskellige fagretninger 54

55 Laboratorier - vandbygning Til bygge- og anlægskonstruktioner tilhører et stort laboratorie de er knyttet til de forskellige fagretninger 55

56 Studiets opbygning Herfra kan kandidaten i bygge- og anlægskonstruktion vælges 56

57 Studiets opbygning Hvordan foregår undervisningen? Projektarbejde Forelæsninger Klasseundervisninger Studiekreds Workshop Opgaveløsning Laboratorieforsøg Målinger og registreringer i felten Portfolioarbejde Selvstudium 57

58 Uddannelsens opbygning Bachelor 3. semester: Byområders infrastrukturelle anlæg 4. semester : Bygningens konstruktion og energiforbrug 5. semester : Projektering og fundering af en rumlig stålkonstruktion 6. semester : Bachelorprojekt (Projektering og udførelse af byggeog anlægskonstruktioner) Kandidat 1. semester : Styrke og stivhedsanalyse af bærende konstruktioner 2. semester : Marine konstruktioners belastning og fundering 3. semester : Analyse og løsning af et avanceret problem indenfor byggeri og/eller anlæg 4. semester : Afgangsprojekt 58

59 5. semester: Projektering og fundering af en rumlig stålkonstruktion Projekt: Projektering af bærende stålkonstruktioner: - Bæreevne - Stabilitet og styrke - Funktionskrav - Fundamenter Kurser: Kontinuummekanik, rumbjælker og stabilitet Fundering og jordtryk Betonteknologi / byggematerialeteknologi 59

60 5. semester: Projektering og fundering af en rumlig stålkonstruktion Hovedsystemer, stabilitet og samlinger JOF LGR 1 LGR 2 Direkte- og pælefundering 60

61 6. semester: Bachelorprojekt Projektering og udførelse af bygge- og anlægskonstruktioner Projekt: Samspil mellem projektering og udførelse Udarbejdelse af tilbudsmateriale - Pris - Tidsplan - Materiel - Mandskab - Andre forhold Kurser: Spændbeton, elementbyggeri og interimskonstruktioner Projektledelse og økonomi Dynamik og udmattelse 61

62 6. semester: Bachelorprojekt Projektering og udførelse af bygge- og anlægskonstruktioner 62

63 1. Kandidatsemester (7. semester): Styrke og stivhedsanalyse af bærende konstruktioner Projekt: Detaljeret analyse af en kompleks konstruktions styrke og deformation ved forskellige påvirkninger. Avancerede beregningsmetoders forudsætninger, begrænsninger og brug ved projektering af bygge- og anlægskonstruktioner Analytiske metoder Numeriske metoder (Elementmetoden) Eksperimentelle metoder 63

64 1. Kandidatsemester (7. semester): Styrke og stivhedsanalyse af bærende konstruktioner Kurser: Strukturel mekanik og dynamik Materialemodellering i byggeri og anlæg Strømningslære og bølgedynamik 64

65 2. Kandidatsemester (8. semester): Marine konstruktioners belastning og fundering Projekt: Havnemoler, kystsikringsanlæg, havvindmøller, boreplatforme Hvordan tages der højde for: Naturskabte belastninger Bølger, vind, is, strøm Fundering af store konstruktioner Kurser: Konstruktioners risiko og sikkerhed Vandbygning Videregående geoteknik 65

66 3. Kandidatsemester (9. semester): Analyse og løsning af et avanceret problem indenfor byggeri og/eller anlæg Projekt: Vurdere og anvende metoder til analyse og design af komplicerede konstruktioner eller materialer Valgfrit emne Andre muligheder på semestret: Udlandsophold Langt afgangsprojekt Virksomhedsophold Kurser: Konstruktioner til vedvarende energiproduktion Brudmekanik og udmattelse Vindlast på konstruktioner Avanceret geoteknik 66

67 4. Kandidatsemester (10. semester): Afgangsprojekt Projekt: Et selvvalgt emne, muligvis fortsat fra 9. semester. Inspiration: Inspiration til projektemner kan findes i projektkataloget Katalogerne kan findes som pdf under publikationer på Johan Clausens AAU-profil 67

68 Studiets kurser Bachelor Uddannelsens kurser på de fire første semestre (kun medtaget bygge og anlægskurser) Semester Kursus 1 Grundkursus i Byggeri og Anlæg 2 Grundlæggende statik og styrkelære 3 Ingeniørgeologi og geoteknik 4 Partielle differentialligninger, sandsynlighedsregning og statistik 5 Kontinuummekanik, rumbjælker og stabilitet 5 Fundering og jordtryk 5 Betonteknologi / byggematerialeteknologi 6 Spændbeton, elementbyggeri og interimskonstruktioner 68

69 Studiets kurser Kandidat Uddannelsens kurser på de sidste to semestre Semester Kursus 7 Structural Mechanics and Dynamics 7 Material Modelling in Civil Engineering 7 Fluid and Water Wave Dynamics 8 Coastal, Offshore and Port Engineering 8 Advanced Soil Mechanics 8 Risk and Reliability in Engineering 8 Advanced Structural Engineering 9 Renewable Energy Structures: Wind Turbines and Wave Energy Devices 9 Wind Loads on Structures 9 Advanced Geotechnical Engineering 9 Fracture Mechanics and Fatigue 69

70 Arrangementer Betonworkshop på 1. semester Studerende fra: - Aalborg Universitet byggeri og anlæg - Aalborg Universitet arkitektur og design - University College Nordjylland bygningskonstruktører - MU Nordjylland anlægs- og bygningsstruktør Varighed på 4 dage Grupper på tværs af fagretninger Der skal fremstille flotte og funktionelle betonelementer Elementerne bedømmes af et kyndigt dommerpanel, der præmierer de bedste resultater Betonworkshoppens formål, ud over det faglige indhold, er at deltagerne lærer mere om samarbejde og hinandens fag. 70

71 Arrangementer Betonworkshop på 1. semester 71

72 Arrangementer Betonworkshop på 1. semester 72

73 Arrangementer Feltdag i geoteknik på 3. semester 73

74 Arrangementer Feltdag i geoteknik på 3. semester 74

75 Arrangementer Byggepladsbesøg på 6. semester FØTEX i Nørresundby 75

76 Arrangementer Studietur på 8. semester (arrangeret af de studerende) 76

77 Spørgsmål? 77