Chęć przygotowania pracy najlepiej uzgodnić z wyprzedzeniem. Umożliwi to zdobycie odpowiedniego doświadczenia przez rozpoczęciem pisania pracy.
W roku akademickim 2024/25 poszukuję zaangażowanych studentów do współpracy przy realizacji założeń projektu badawczego. Lista priorytetowych tematów:
Modyfikacja mieszanek betonowych pod kątem uzyskania krzywej opadającej w teście ściskania
Większość badań wytrzymałościowych betonu przeprowadza się, kontrolując maszynę obciążeniowo (tj. wzrasta siła). W przypadku gdy chcemy uzyskać pełną odpowiedź naprężenie-odkształcenie materiału, konieczne jest badanie, w którym kontrolowane jest przemieszczenie (tj. tłok maszyny porusza się ze stałą prędkością, a siłę odczytujemy). Umożliwia to uzyskanie krzywej opadającej, tj. zależności naprężenie-odkształcenie po przejściu przez maksimum (fc).
Celem projektu jest modyfikacja istniejącej mieszanki betonowej w celu uzyskania krzywej opadającej. Dyplomant/ka zapozna się zaawansowanymi technikami przeprowadzania badań wytrzymałościowych, systemem pomiaru odkształceń (ekstensometry i DIC) oraz zgłębi wiedzę na temat kształtowania właściwości betonu pod kątem ciągliwości (fibrobetony).
Wpływ kształtu i rozmiaru próbek betonowych na spadek wytrzymałości na ściskanie po nagrzewaniu do temperatur pożarowych
Celem pracy będzie wykazanie czy po nagrzewaniu do temperatur pożarowych (np. do 1000 °C) połówki beleczek normowych (160 x 40 x 40 mm) dadzą podobne wyniki spadków wytrzymałości (procentowo), co ściskane kostki (np. 40, 50, 100, 150 mm) lub walce (100 x 200 mm oraz 150 x 300 mm).
Rozszerzenie dla dyplomów magisterskich: interpretacji podlegać będzie również zależność naprężenie-odkształcenie w próbie osiowego ściskania.
Badania rozciągania stali po oddziaływaniu wysokiej temperatury
Celem pracy będzie określenie wpływu wysokiej temperatury na właściwości wytrzymałościowe stali. Dyplomant/ka zapozna się z metodami używanymi w próbie rozciągania metali, systemami pomiaru odkształceń (tensometry, ekstensometry, opcjonalnie DIC) oraz dogłębnie przeanalizuje istniejące badania na temat wpływu wysokiej temperatury na właściwości stali budowlanej. Analiza może też dotyczyć wpływu geometrii próbki (walcowa vs. płaskie wiosełka) oraz badań na próbkach wyciętych z rur stalowych.
Ocena możliwości bezstykowego pomiaru odkształceń w warunkach podwyższonej temperatury (rezerwacja - zima 2024)
W naszym laboratorium mamy komorę termiczną, w której można prowadzić badania w podwyższonej temperaturze. Jednym z wyzwań w warunkach podwyższonej temperatury jest pomiar odkształceń. Mamy do dyspozycji ekstensometr (działający w zakresie -40 °C od +200 °C) oraz bezstykowy system pomiaru odkształceń DIC. Komora pieca jest przeszklona. Zdanie będzie polegało na ocenie możliwości pomiaru odkształceń za pomocą systemu cyfrowej korelacji obrazu (DIC - ARAMIS). Taki pomiar na pewno będzie możliwy, pytanie jak dokładny. Dzięki porównaniu wyników otrzymanych z dwóch systemów pomiarowych (ekstensometry i DIC) możliwe będzie określenie w jaki sposób (a) przeszklenie miedzy próbką a systemem pomiarowym, (b) wysoka temperatura wpływa na dokładność pomiaru.
5. Właściwości termiczne zaczynu cementowego w zależności od jego składu, warunków dojrzewania oraz po oddziaływaniu wysokiej temperatury (NOWOŚĆ)
Wykonane zostaną próbki, które będą badane:
po przechowywaniu w wodzie,
po dojrzewaniu w warunkach laboratoryjnych,
po suszeniu w suszarce (np. 65 °C i 105 °C),
po nagrzewaniu w piecu (temperatura maksymalna 1200 °C).
Zakres badanych właściwości będzie podobny do tego artykułu:
R. Jaskulski, P. Dolny, Y. Yakymechko (2021) Thermal and mechanical properties of lightweight concrete with waste copper slag as fine aggregate. Archives of Civil Engineering 67(3), pp. 299-318. http://doi.org/10.24425/ace.2021.138057
Stolarska, A., Strzałkowski, J. (2020) The Thermal Parameters of Mortars Based on Different Cement Type and W/C Ratios . Materials 13(19), 4258. https://doi.org/10.3390/ma13194258
W ramach tematu zapoznasz się z metodami pomiaru przewodności cieplnej:
głównie wykorzystywana będzie metoda niestacjonarnego źródła ciepła (gorącego dysku) - transient plane source (TPS). Urządzenie: Thermtest MP-2 with TPS-4,
opcjonalnie przy lekkich kompozytach możliwe będzie użycie aparatu płytowego z czujnikami gęstości strumienia cieplnego (heat flow meter - HFM) - ISO 8301, ASTM C518. Urządzenie: LaserComp FOX314.
Inne tematy możemy uzgodnić pod warunkiem realizacji we współpracy z przemysłem. W tym celu, proponuję uzgodnienie odbycia stażu studenckiego przed lub w trakcie pisania pracy. Pozostałe tematy prac eksperymentalnych (wpływ podwyższonej temperatury na beton):
Badanie wpływu wysokich temperatur na wytrzymałość betonu na bazie perlitu
Badania laboratoryjne betonów po oddziaływaniu wysokiej temperatury (patrz nasz Artykuł z 2018 roku we współpracy z prof. Craveiro z Univ. Coimbra)
Wpływ wysokiej temperatury na moduł sprężystości betonów (PN-EN 12390-13)
Inne tematy:
Bezpieczeństwo pożarowe obiektu budowlanego z ewentualną symulacją przebiegu pożaru
np. projekt parkingu prefabrykowanego z wykorzystaniem wytycznych dotyczących symulowania pożarów samochodów, patrz nasz artykuł z 2018 roku we współpracy z INBEPO)
Odporność ogniowa stropów z płyt kanałowych lub gęstożebrowych (patrz PN EN 1168+A3 oraz PN-EN 15037-1)
np. analiza problemu wypadających pustaków w stropach belkowo-pustakowych
Zastosowanie algorytmów do wymiarowania elementów żelbetowych w warunkach normalnych w projektowaniu z uwagi na warunki pożarowe.
Zapis w PN-EN 1992-1-2, B.1.2(1) (e): Zastosować konwencjonalne metody obliczeniowe do zredukowanego przekroju w celu wyznaczenia nośności granicznej, z uwzględnieniem wytrzymałości prętów zbrojeniowych
Narzędzia webowe lub bazy danych
np. coś podobnego do kalkulatora temperatury stali
Inne:
Projekt konstrukcji wsporczej pod turbinę wiatrową (obliczenia statyczne, analiza zmęczeniowa, analiza danych meteorologicznych pod kątem opłacalności inwestycji)
Julia Makiełła: Ocena możliwości bezstykowego pomiaru odkształceń w warunkach podwyższonej temperatury
2025, promotor: dr inż. Wojciech Szymkuć
Obecnie, w Międzyinstytutowym Laboratorium Konstrukcji Budowlanych (MLKB), możliwe są badania w komorze termicznej, które można wykonywać w temperaturze od -100 °C do +350 °C. Jednym z wyzwań w warunkach podwyższonej temperatury jest pomiar odkształceń. Mamy do dyspozycji ekstensometr (działający w zakresie -40 °C od +200 °C) oraz bezstykowy system pomiaru odkształceń DIC.
Dwa podstawowe problemy przy pomiarach DIC to (1) przeszklenie między próbką umieszczoną w komorze a kamerami systemu DIC oraz (2) ruch rozgrzanego powietrza wewnątrz komory.
Podczas realizacji prac, Dyplomantka wykazała się dużą inicjatywą oraz drobiazgowym podejściem do prowadzenia badań. Udało się ustalić, że:
(1) pomiar odkształceń w podwyższonej temperaturze jest możliwy,
(2) stykowy ekstensometr nie nadaje się do pomiaru w warunkach zmiennej temperatury (pomiar jest możliwy w podwyższonej temperaturze, ale musi to być stan ustalony, tj. stała temperatura),
(3) ruch powietrza wymuszony wiatrakiem wprowadza pomijalnie mały szum,
(4) konwekcyjny ruch rozgrzanego powietrza nie stanowi problemu z uwagi na obecność wydajnego wentylatora.
W toku prac przede wszystkim wykazano, że pomiar odkształceń w podwyższonej temperaturze jest możliwy. Bardzo dużym wyzwaniem okazało się poprawne ustawienie sprzętu. Udało się uzyskać wyniki odbiegające o nie więcej niż 10 % od wartości teoretycznej (tj. od wartości rozszerzalności termicznej stali). Dyplomantka postawiła też kilka hipotez, które mogłyby pozwolić na poprawienie tego wyniku. Niemniej, z uwagi na czasochłonność (wykonane badania pochłonęły 10 dni roboczych, wymagających sprzężenia maszyny wytrzymałościowej i systemu DIC), nie prowadzono dalszych eksperymentów.
W konkluzji warto podkreślić, że po raz pierwszy w naszym laboratorium udało się przeprowadzić pomiar odkształceń w podwyższonej temperaturze.
Justyna Witkowska: Wybrane właściwości stwardniałych zaczynów cementowych przed i po oddziaływaniu wysokiej temperatury
2025, promotor: dr inż. Wojciech Szymkuć
Przedstawiona praca koncentruje się na analizie wpływu wysokiej temperatury na właściwości fizyczne i mechaniczne stwardniałych zaczynów cementowych, ze szczególnym uwzględnieniem przewodnictwa cieplnego. Badania obejmowały 14 rodzajów próbek, zróżnicowanych pod względem dodatków oraz współczynnika w/c, a także analizę w różnych stanach wilgotności i po ekspozycji na temperatury od 400 °C do 800 °C.
Wśród licznych zalet pracy można wymienić:
Analizę wpływu współczynnika w/c, składu oraz wilgotności na właściwości mechaniczne i cieplne.
Szeroki zakres badań – uwzględnienie różnych parametrów (gęstość, wytrzymałość na ściskanie, nasiąkliwość, porowatość, przewodność cieplna) pozwolił na kompleksową ocenę wpływu temperatury na zaczyny cementowe.
Podsumowując, praca stanowi wartościowy wkład w badania nad właściwościami zaczynów cementowych w warunkach wysokotemperaturowych. Może być szczególnie przydatna dla inżynierów zajmujących się materiałami odpornymi na ogień oraz konstrukcjami narażonymi na ekstremalne warunki
Małgorzata Czaja: Projekt konstrukcji hali z uwzględnieniem warunków pożarowych
2017, promotor: dr inż. Janusz Dębiński, współpromotor: Wojciech Szymkuć
STRESZCZENIE: "Projekt hali sportowej 17.50 m x 42.00 m. Jednokondygnacyjny budynek o głównej konstrukcji nośnej z słupów żelbetowych i stalowych dzwigarów kratowych. W pracy wykonano obliczenia nośności elementów satalowych (Eurokod 3) i żelbetowych (Eurokod 2), wykorzystując metody tabelaryczne, izotermy 500 oraz strefową, wraz z konstrukcją krzywych granicznych przekrojow zredukowanych".
Kamila Jędrzejak: Analiza dostępnych metod obliczania odporności ogniowej elementów żelbetowych na przykładzie prefabrykowanej ramy
2018, promotor: dr inż. Janusz Dębiński, współpromotor: Wojciech Szymkuć
STRESZCZENIE: "Celem niniejszej pracy była analiza odporności ogniowej elementów żelbetowych na podstawie prefabrykowanej ramy żelbetowej. Dodatkowo dla głębszej analizy tematu, przedstawiono obliczenia przekrojów na podstawie danych laboratoryjnych.
Praca została podzielona na dziesięć części, z których pierwsze cztery dotyczą zagadnień teoretycznych, w których opisano główne definicje z zakresu pożarnictwa, przedstawiono główne parametry stali zbrojeniowej i betonu w podwyższonej temperaturze oraz metody obliczeń odporności ogniowej.
Kolejne rozdziały dotyczą obliczeń ramy żelbetowej, a w szczególności określenie obciążenia ogniowego, wyznaczenie obciążeń konstrukcji oraz kombinacji podstawowej i wyjątkowej. Następne rozdziały pokazują obliczenia odporności ogniowej słupów nominalnej sztywności, metodą Rankina oraz za pomocą krzywych interakcji. Analizie została poddana rama hali żelbetowej wysokiego składowania, której obciążenie ogniowej zostało określone na Q>4000 [MJ/m2]. Analizie poddane zostały słupy żelbetowe narażone na działanie ognia z 4 stron, 3 stron, oraz dźwigary dachowe narażone na działanie ognia z 3 stron. Wszystkie elementy zostały sprawdzone metodami zawartymi w Eurokodzie 1992-1-2 [5], a mianowicie metodami tabelarycznymi, metodą izotermy 500°C, oraz metodą strefową. Następnie obliczono odporność ogniową słupów na podstawie danych laboratoryjnych uzyskanych z [16].
Ostatni rozdział przedstawia wnioski końcowe, które pokazują różnice wyników metod obliczenia nośności, oraz różnice pomiędzy metodą izotermy 500°C oraz metodą strefową. Natomiast analiza danych uzyskanych z laboratorium miała na celu sprawdzenie czy uzyskana nośność podczas badań jest równoważna z nośnością obliczeniową".
Tomasz Tyszkiewicz: Analiza porównawcza konstrukcji zespolonych i stalowych z uwagi na warunki pożarowe
2018, promotor: dr hab. inż. Adam Glema, prof. PP, współpromotor: Wojciech Szymkuć.
Z przyjemnością informuję, że autor pracy magisterskiej - Tomasz Tyszkiewicz - zajął I miejsce w ogólnopolskim konkursie na najlepsze prace dyplomowe, organizowanym przez Stowarzyszenie Inżynierów i Techników Pożarnictwa (SITP).
STRESZCZENIE: "W niniejszej pracy zaprezentowano i porównano metody projektowe, dotyczące konstrukcji stalowych oraz zespolonych stalowo-betonowych w warunkach pożarowych, zawarte w Normach Europejskich z metodą polegająca na uwzględnieniu oddziaływań membranowych w projektowaniu stropów zespolonych stalowo-betonowych.
W tym celu przedstawiono wybrane metody na przykładzie
belek stalowych,
belek zespolonych stalowo-betonowych
oraz stropów zespolonych stalowo-betonowych.
Projekty belek w warunkach pożarowych stanowią wstęp do rozważań na temat metodyki projektowania stropów w warunkach pożarowych. Praca wskazuje na znaczne rezerwy nośności pożarowej tkwiące w stropach zespolonych. Wielokrotne zwiększenie nośności pożarowej uzyskano w pracy za pomocą dopuszczanej przez Normy Europejskie metody doświadczalnej polegającej na uwzględnieniu oddziaływań membranowych".
Warto nadmienić, że metoda wykorzystywana przez Pana Tyszkiewicza, będzie częścią nadchodzącej generacji Eurokodu 1994-1-2.
Alina Słowikowska: Strategies for enhancing fire resistance of concrete structures
2020, promotor: dr inż. Justyna Grzymisławska, współpromotor: Wojciech Szymkuć.
STRESZCZENIE: "In this master thesis an analysis is carried out to investigate the residual mechanical properties of high and normal strength concrete and how moisture content affects the spalling process. In recent years it is observed, that due to possibility of erecting high-rise buildings, bridges, channels and nuclear power plants or pre-tensioned elements, the new type of concrete was discovered. Concrete development was always conditioned by reaching as high strength as possible. Thanks to low water-cement ratio and some additional ingredients such as mineral additions, high strength concrete was made. The following changes go to obtain tight concrete with small porosity. The same properties can have negative impact and affect the behaviour of concrete in fire.
Due to incombustibility, concrete is treated as a fire-resistant material. However, high temperatures make properties worse. In some cases, concrete shows abilities to explosive spalling in fire. In the consequence, reinforcing steel rebars are exposed. In this form reinforcing steel loses their resistance to high temperature. Finally, because of that, bearing capacity of structure elements is significantly decreased.
It is believed, that due to fire, two interrelated mechanisms are mainly responsible for concrete spalling: the thermo-mechanical and hygro-thermal mechanisms. Spalling may take a form of a slow detachment of the surface layer in the material. Moreover, spalling concrete occurs in pieces of material breaking away in explosive manner from the surface of the concrete element. As a result, mechanisms in individual types of spalling are different, which affects frequency of spalling and time when temperature increase in the same time.
In the phase changes of the materials in the aggregate grains, aggregate spalling occurs. Aggregate spalling usually has not dangerous impact on structure’s load bearing capacity. It does not result in the loss of major part of cross- section of structural elements and exposure of reinforcing steel.
Testing concrete susceptibility to spalling due to fire exposure can be achieved in the form of experiments and by using numerical analysis. The analyse of the impact of concrete composition on its susceptibility to spalling in fire, concerns assessment of concrete susceptibility to spalling.
Concerning concrete spalling in fire exposure is due to material-related factors such as:
concrete composition,
water-cement ratio,
presence of mineral additives
aggregate type and maximum grain size,
concrete properties and element geometry,
mechanical load and stresses induced by the load
From the large list of factors, water content of concrete should be sufficiently low, or the material should have open-pore structure".
oraz kilka prac końcowych na studiach podyplomowych:
Maciej Cześniewicz: Projektowanie elementów budynku z uwagi na warunki przeciwpożarowe zgodnie z normą PN-EN 1992-1-2. Budynek dwukondygnacyjny o konstrukcji słupowo-ryglowej w układzie poprzecznym.
Patryk Kafel: Analiza wytrzymałościowa wybranych elementów żelbetowej hali przemysłowej ze względu na warunki pożarowe.
Bogusz Jaszczak: Projektowanie słupów żelbetowych w warunkach pożaru. Pan Bogusz Jaszczak kontynuuje zainteresowanie tematem i jest doktorantem u prof. Mieczysława Kuczmy.