Sustenabilitate și reziliență

WELLFORMED FRAMES

Acest proiect este susținut de un grant al Ministerului Cercetării și Inovării din România, UEFISCDI, numărul de proiect PN-III-P2-2.1-PTE-2021-0237 – Prototip industrial pentru sisteme structurale cu grinzi din oțel format la rece, cu inima din tablă cutată și asamblate cu tehnologii de sudare cu productivitate ridicată – WELLFORMED FRAMES. Durată proiect: 30/06/2022 – 30/06/2024.

 

 

 

Organizațiile partenere în proiect sunt:

Anotech Steelworks – Coordonator

 

 

Universitatea Politehnica Timișoara – Partener

 

 

 

Director de proiect 

Ing. Cristian Antonio-Andrei

Telefon: +40 724 934 567

Email: office@anotech.ro

Responsabil proiect partener

Prof. dr. ing. Ungureanu Viorel

Dept. De Construcții Metalice si Mecanica Construcțiilor

Ioan Curea 1, 300224 Timișoara, România

Telefon: +40 256 403 927

Email: viorel.ungureanu@upt.ro

Abstract

Scopul proiectul propus spre finanțare este dezvoltarea unui prototip industrial pentru sisteme structurale cu grinzi din oțel format la rece, cu inima din tablă cutată, la scară reală, testat în condiții similare cu condițiile reale de funcționare. Produsul propus înglobează trei elemente principale: (1) grinzile compuse cu inima din tablă cutată, realizate din oțel format la rece,  (2) stâlpi realizați din profile laminate sau table sudate și (3) nodurile de îmbinare. Sistemele structurale propuse răspund conceptului de dezvoltare durabilă și vor fi optimizate în urma cercetărilor numerice și experimentale. Se vor efectua studii parametrice pe noduri și cadre și se vor realiza tabele de capacități, detalii de noduri tipizate și recomandări de fabricare și proiectare, acesta fiind un pas esențial pentru a introduce produsele pe piață.

Principalele obiective ale proiectului sunt:

  1. Dezvoltarea, fabricarea, testarea experimentală și validarea (Proof-of-concept) a prototipului de sisteme structurale cu grinzi din oțel format la rece, cu inima din tablă cutată și asamblate cu tehnologii de sudare cu productivitate ridicată, prin ridicarea la nivelul tehnologic TRL6, aflat actualmente la nivelul TRL4;
  2. Proiectul interconectează expertiza existentă în Universitatea Politehnica Timișoara cu experiența și tehnologiile aflate la agentul economic pentru dezvoltarea, îmbunătățirea și optimizarea de noi sisteme structurale care răspund conceptului de dezvoltare durabilă, în vederea producerii de produse noi, competitive și sporirea gradului de inovare al întreprinderii.

Etapa I

Rezumat Executiv

Prezentul proiect are ca scop testarea, evaluarea și validarea unui prototip industrial realizat pentru sisteme structurale cu grinzi din oțel format la rece, cu inima din tablă cutată. Pentru pregătirea programului experimental pentru testarea prototipului la scară reală, în condiții reale de funcționare, și a modelelor numerice, activitățile cuprinse în cadrul Etapei I vizează proiectarea programului experimental și realizarea de teste pe materiale și îmbinări.

Conform planului de cercetare, raportul tehnic cuprinde rezultatele activităților de proiectare a specimenelor și prototipurilor de referință, tipologiile de noduri de îmbinare și configurațiile pentru cadrele portale ce urmează să fie testate, împreună cu planurile și specificațiile tehnice pentru standurile experimentale. Pasul următor constă în fabricarea specimenelor pentru noduri, ceea ce presupune realizarea elementelor metalice necesare și fabricarea nodurilor de îmbinare din tablă plană, pentru asamblarea elementelor din oțel format la rece utilizând tehnologii de sudare cu productivitate ridicată. Pentru această activitate, au fost deja achiziționate materialele necesare realizării îmbinării. Asamblarea acestora va demara la începutul anului 2023, astfel încât să poată fi apoi testate conform planificării.

Prezentul raport surprinde stadiul actual al cercetării din domeniu, pe plan internațional și național, evidențiind avantajele identificate pentru sistemele structurale cu grinzi din oțel format la rece, cu inimă din tablă cutată și asamblate cu tehnologii de sudare cu productivitate ridicată. De asemenea, prezentând rezultatele obținute în cadrul proiectului de cercetare WELLFORMED, se stabilesc concluziile care cu condus la dezvoltarea prezentului proiect WELLFORMED FRAMES.

Proiectarea programului experimental conține informații referitoare la studiile realizate cu scopul de a defini configurația îmbinărilor ce urmează să fie testate pentru cadrul format din stâlp și grindă, ilustrând două variante de prindere a panoului de tablă cutată al grinzii. Astfel, rezultatele obținute în modelele numerice sunt validate prin comparația cu modurile de cedare observate în cadrul campaniilor experimentale de testare, putându-se observa o bună corelare între cele două.

Pentru a îmbunătăți comportarea ansamblului analizat, a fost propus un studiu parametric realizat prin analize numerice, astfel încât să poată fi optimizat consumul de materiale, fără a fi afectată capacitatea ansamblului. Testele pe materiale și îmbinări reprezintă punctul de pornire, baza de rezultate analizate și folosite în continuare pentru îmbinările ce urmează a fi testate. Sunt prezentate în cadrul acestui capitol propunerile pentru organizarea standului experimental și testele de tracțiune și tracțiune-forfecare la care au fost supuse epruvetele formate prin suprapunerea tabelelor cu un singur punct de sudură.
În final, rezultate obținute în cadrul acestei etape a proiectului de cercetare sunt prezentate prin intermediul articolelor publicate sau în curs de publicare în vederea diseminării rezultatelor.

Studii numerice pe îmbinări

Etapa II

Rezumat Executiv

Prezentul proiect are ca scop testarea, evaluarea și validarea unui prototip industrial realizat pentru sisteme structurale cu grinzi din oțel format la rece, cu inima din tablă cutată. Pentru pregătirea programului experimental pentru testarea prototipului la scară reală, în condiții reale de funcționare, și a modelelor numerice, activitățile cuprinse în cadrul Etapei II vizează realizarea campaniei experimentale de teste pe îmbinări și cadre la scară reală.

În urma Etapei II, au fost predimensionate îmbinările și cadrele și s-a stabilit programul experimental. Tot în urma Etapei I, a fost elaborat un studiu parametric („Parametric Study on Built-Up Cold-Formed Steel Beams with Web Openings Connected by Spot Welding”, Antonio Andrei Cristian și Viorel Ungureanu) pe grinzi asamblate prin sudură cu presiune în puncte și s-a concluzionat că:

  • Tălpile compuse din profile C dispuse spate-în spate, preiau momentele încovoietoare și inima, din cauza cutelor, nu poate prelua eforturi în direcția longitudinală a grinzi.
  • Inima din tablă cutată este cea mai slabă componentă a sistemului structural. Folosirea unei inimi cu o grosime de 1.50 mm aduce îmbunătățiri majore, atât în termeni de rigiditate cât și în termeni de rezistență.
  • Prezența golurilor în inima grinzii reduce capacitatea cu 5-10%.

Articolul a fost publicat cu acces liber (tip „open source”) în MDPI Buildings și este disponibil la următorul link: https://doi.org/10.3390/buildings13010237

După finalizarea campaniei experimentale, se va realiza un model numeric calibrat și se vor desfășura studii numerice pe cadre cu diferite deschiderii (ex. 15, 18, 21, 25 m) pentru a studia performanța tehnico-economică a sistemului structural propus. Ulterior se vor realiza recomandări pentru procesul de fabricare, ghiduri de proiectare și tabele de capacități. Rezultatele vor fi diseminate pe scară largă.

Prototip experimental

Evoluția proiectului va fi prezentată pe această pagină pe măsură ce acesta se va desfășura.

Diseminarea rezultatelor

Rezultatele obținute în cadrul celor doua etape, au fost publicate într-o revistă de prestigiu, respectiv prezentate în cadrul unei conferințe internaționale, după cum urmează:

  1. Antonio Andrei Cristian, Viorel Ungureanu: Parametric study of built-up cold-formed steel beams with web openings connected by spot welding. Buildings, Buildings 2023, 13, 237. https://doi.org/10.3390/buildings13010237.
  2. I. Lukačević, A. Rajić, V. Ungureanu, R. Buzatu. A comparative life cycle assessment of structural composite steel-concrete floor systems – A Case Study. Proceedings of the Eighth International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2023): Life-Cycle of Structures and Infrastructure Systems (Eds. Fabio Biondini, Dan M. Frangopol), 2-6 July 2023, MILAN, ITALY, ISBN: 978-1-003-32302-0 (ebk), DOI: 10.1201/9781003323020, pp. 751-758.
  3. Ivan Lukačević, Viorel Ungureanu (2022): Numerical parametric study on corrugated web built-up beams with pinned end supports. Proceedings of the Cold-Formed Steel Research Consortium Colloquium, 17-19 October 2022 (cfsrc.org). http://jhir.library.jhu.edu/handle/1774.2/67697.

Link-uri utile

www.uefiscdi.gov.ro
www.ct.upt.ro/centre/cemsig/wellformed_ro
www.steelconstruct.com