STUDIEPRAKTIK BYGGE- OG ANLÆGSKONSTRUKTION SØREN MADSEN CIVILINGENIØR, PH.D.
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
Introduktion Søren Madsen Uddannelse: 2001-2004 HTX Horsens Tekniske Gymnasium 2005-2010 Civilingeniør, AAU Bygge- og Anlægskonstruktion 2010-2014 Ph.d. Studerende, AAU Buckling/Ståldesign/Geoteknik 2014- Adjunkt i Konstruktioner og Design, AAU (Assistant Professor) 3
Uddannelsens opbygning Bachelor / diplom 1.- 4. semester 5.- 6. semester Civilingeniør 1.- 4. 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 6.- 7. semester 4
Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Når man hører bygge- og anlægskonstruktion tænker man?? 5
Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Men konstruktionslinien giver dig også evnen til at regne på 6
Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Bygninger Anlæg Broer Vindmøller Havenergi Styrke Bæreevne Stivhed Dimensionering Materialeegenskaber Laster Statisk og dynamisk påvirkning 7
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 2009-2010 Væltet bygning Filippinen 2007 8
Hvad er bygge- og anlægskonstruktion? Hvorfor skal vi regne på en konstruktion? FILM: Kollaps af dansk vindmølle http://www.youtube.com/watch?v=sbcs7zqdkom FILM: Kollaps af bygning http://www.youtube.com/watch?v=ukeendyilui 9
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 2006 10
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
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 30000-40000 50 1500-2000 Svømning 3500 50 170 Rygning 2500 400 1000 Flyvning 1200 20 24 Bilkørsel 700 300 200 Tog transport 80 200 15 Minearbejde 210 1500 300 Bygningsarbejde 70-200 2200 150-440 Produktions arbejde 20 2000 40 Bygnings brand 1-3 8000 8-24 Bygnings svigt 0.02 8000 0.2 12
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
Jobtyper Kommuner/regioner/stat Rådgivning Entreprenører Fabrikanter Forskning / ph.d. 14
Statik og styrkelære Konstruktionsmaterialer Typiske konstruktionsmaterialer indenfor byggeri og anlæg: Stål Træ Beton Mursten 15
Statik og styrkelære Stål Fremstilles ved nedsmeltning af jernmalm som valses til den ønskede profil-type 16
Statik og styrkelære Stål Fordele: Samme egenskaber i træk og tryk Stærkt materiale Ulemper: Korrosion (rust) hvis materialet er ubeskyttet Dyrt materiale 17
Statik og styrkelære Træ Opsaves fra træstammer af typisk nåletræ. Kvaliteten afhænger af træsorten, knaster, mm. 18
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
Statik og styrkelære Beton Fremstilles af cement, vand og tilslagsmateriale (sand og sten) Kombineres ofte med stål armeret beton 20
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
Statik og styrkelære Brudstyrke Brudstyrke i forhold til vægt 22
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
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
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
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
Statik og styrkelære stænger, søjler, bjælker, plader og skiver i en konstruktion. Det samme konstruktionselement kan have flere anvendelser også samtidig! 27
Statik og styrkelære Statik Som bygningsingeniør snakker man om at undersøge en konstruktion i 2 tilstande. BGT Brudgrænsetilstanden AGT Anvendelsesgrænsetilstanden 28
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: http://www.youtube.com/watch?v=9lqaiddi5oe 29
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 http://www.youtube.com/watch?v=eaxva XWZ8 30
Statik og styrkelære Hvad er en spænding? Spænding definition: (Pa, KPa, MPa) (N, kn) (mm 2, cm 2, m 2 ) F F F 31
Statik og styrkelære Hvad er en spænding? Spænding definition: (Pa, KPa, MPa) (N, kn) (mm 2, cm 2, m 2 ) 32
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
Statik og styrkelære Hvad er en tøjning? Tøjning: æ æ æ ø ø (-) eller (%) 34
Opgave: http://homes.civil.aau.dk/sm/ Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) Stålstang Strain gauges til at måle tøjning, ε Stålstangen indsættes i maskinen 35
Opgave: http://homes.civil.aau.dk/sm/ Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) 36
Opgave: http://homes.civil.aau.dk/sm/ FILM 37
Opgave: http://homes.civil.aau.dk/sm/ Optegn ståls arbejdskurve: (ud fra trækforsøg udført i laboratoriet) www.byggeri.aau.dk Studiepraktik 2015 38
Opgave: http://homes.civil.aau.dk/sm/ 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
Opgave: http://homes.civil.aau.dk/sm/ 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
Opgave Resultater Arbejdskurve, σ ε 600 500 Spænding, σ [MPa] 400 300 200 100 0 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 Tøjning, ε [%] 350 400 MPa 210GPa 41
Opgave Resultater σ(t) 600,0 500,0 550 MPa Spænding, σ [MPa] 400,0 300,0 200,0 100,0 0,0 0 50 100 150 200 250 300 Tid [s] Slut tøjning: 558 mm 500 mm 500 mm 0,116 0,116 100% 11,6% 42
Opgave 43
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
Modeller 45
Modeller Virkeligheden er for kompliceret Derfor bruger vi modeller en simplificeret virkelighed Modellen skal være den bedst mulige beskrivelse af virkeligheden 46
Modeller Hvad er en model? Eksperimentel Laboratorie Fuldskala Empiri Teoretisk Differentialligning Statisk system Numerisk Abaqus Plaxis Robot 47
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
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
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
Modeller - FILM Udsnit af en kode til modellering 51
Modeller - FILM 52
Laboratorier - konstruktion Til bygge- og anlægskonstruktioner hører et stort laboratorie de er knyttet til de forskellige fagretninger 53
Laboratorier - geoteknik Til bygge- og anlægskonstruktioner tilhører et stort laboratorie de er knyttet til de forskellige fagretninger 54
Laboratorier - vandbygning Til bygge- og anlægskonstruktioner tilhører et stort laboratorie de er knyttet til de forskellige fagretninger 55
Studiets opbygning Herfra kan kandidaten i bygge- og anlægskonstruktion vælges 56
Studiets opbygning Hvordan foregår undervisningen? Projektarbejde Forelæsninger Klasseundervisninger Studiekreds Workshop Opgaveløsning Laboratorieforsøg Målinger og registreringer i felten Portfolioarbejde Selvstudium 57
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
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
5. semester: Projektering og fundering af en rumlig stålkonstruktion Hovedsystemer, stabilitet og samlinger JOF LGR 1 LGR 2 Direkte- og pælefundering 60
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
6. semester: Bachelorprojekt Projektering og udførelse af bygge- og anlægskonstruktioner 62
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
1. Kandidatsemester (7. semester): Styrke og stivhedsanalyse af bærende konstruktioner Kurser: Strukturel mekanik og dynamik Materialemodellering i byggeri og anlæg Strømningslære og bølgedynamik 64
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
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
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
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
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
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
Arrangementer Betonworkshop på 1. semester 71
Arrangementer Betonworkshop på 1. semester 72
Arrangementer Feltdag i geoteknik på 3. semester 73
Arrangementer Feltdag i geoteknik på 3. semester 74
Arrangementer Byggepladsbesøg på 6. semester FØTEX i Nørresundby 75
Arrangementer Studietur på 8. semester (arrangeret af de studerende) 76
Spørgsmål? 77