zastosowanie wyników ze skanera optycznego 3d do wizualizacji...

9
4138 GOSZCZYŃSKA Barbara 1 TRĄMPCZYŃSKI Wiesław 2 BACHARZ Kamil 3 TWORZEWSKA Justyna 4 TWORZEWSKI Paweł 5 Zastosowanie wyników ze skanera optycznego 3D do wizualizacji wykładów z konstrukcji żelbetowych WSTĘP Bardzo kosztowne badania laboratoryjne pełnowymiarowych elementów żelbetowych, większa liczba osób studiujących w grupach i zaostrzone przepisy BHP, powodują zmniejszenie możliwości uczestnictwa studentów podczas prowadzonych doświadczeń. Wymienione bariery stały się przyczyną poszukiwania alternatywnych metod wizualizacji zachowania się tych elementów dla celów dydaktycznych. Samo opisanie zachowania się elementów pod wpływem działania obciążenia jest trudno przyswajalne przez studentów, którzy podstawy zbrojonych konstrukcji betonowych dopiero zaczynają poznawać. Wiadomo, że najlepsze efekty kształcenia osiąga się wykorzystując teorię podwójnego kodowania Paivio. Zgodnie z tą zasadą możliwe jest jednoczesne przetwarzanie informacji słownych i obrazowych, czyli kodów językowych i kodów obrazu. Połączenie tych dwóch systemów, czyli werbalnego i niewerbalnego zwiększa skuteczność zapamiętywania, co zostało potwierdzone w badaniach Mayera i Andersona (1990). Można więc wnioskować, że wizualizacja jest istotnym i efektywnym narzędziem nauczania , najefektywniejszym jeśli występuje równolegle z przekazem werbalnym, informacjami tekstowymi oraz niezbędną, minimalną wiedzą słuchacza. Metody komputerowej wizualizacji są przydatne w przyciąganiu uwagi studenta i jednocześnie powodują zwiększenie zaangażowania podczas zajęć [4,8]. Rozwój technologii umożliwia wspomaganie laboratoriów coraz nowszą aparaturą i sprzętem badawczym wyposażonych w komputery i specjalistyczne oprogramowanie. Te zaawansowane technologicznie narzędzia nie tylko poszerzają możliwości w zakresie analizy badanych elementów, ale również mogą być przydatne do wizualizacji zachowania się elementów pod obciążeniem. Żelbet jako kompozyt składający się z matrycy-betonu oraz włókien-prętów zbrojeniowych jest niejednorodny zarówno pod względem zastosowania dwóch różnych materiałów betonu i stali , a także niejednorodności samego betonu, który otrzymuje się jako efekt połączenia mechaniczno -chemicznego: kruszywa, piasku, cementu i wody. Powoduje to, że ustalenie warunków równowagi przekroju zbrojonego element u betonowego, nawet w przypadku prostych ustrojów prętowych (belek żelbetowych), jest pomimo pozoru prostoty sprawą bardzo trudną. Stąd przy określaniu rzeczywistego stanu naprężeń i odkształceń przyjmowane są pewne założenia wynikające zarówno z przesłanek teoretycznych, ale także wyników doświadczeń. W rezultacie projektowanie zbrojonych elementów betonowych oparte jest na doświadczalnie weryfikowanych modelach „pracy” przekroju betonowego z rozmieszczonymi prętami zbrojeniowymi. Wyjaśnienie tych przyjmowanych modeli ułat wia wizualizacja. Umożliwia to zastosowanie skanera optycznego 3D typu ARAMIS jako urządzenia wyposażonego w system komputerowy, który może w pewnym stopniu uzupełnić wymiar zajęć laboratoryjnych. System ten pozwala na wykonywanie pomiarów przemieszczeń i odkształceń, ich analizę oraz przedstawienie wyników w postaci filmu. Taki sposób wizualizacji daje pełen obraz zachowania się badanego elementu konstrukcyjnego pod wpływem działania obciążenia, więc wyjaśnienie tego zagadnienia jest łatwiejsze do przedstawienia i opisu bez konieczności przeprowadzania zajęć w laboratoriach. 1 Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Architektury, 25-314 Kielce, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, tel.: +48 41 34-24-752, [email protected] 2 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel.: +48 41 34-24-545, [email protected] 3 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel.: +48 41 34-24-548, [email protected] 4 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel. jak wyżej, [email protected] 5 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel. jak wyżej, [email protected]

Upload: dangnhi

Post on 01-Mar-2019

216 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

4138

GOSZCZYŃSKA Barbara1

TRĄMPCZYŃSKI Wiesław 2

BACHARZ Kamil3

TWORZEWSKA Justyna4

TWORZEWSKI Paweł5

Zastosowanie wyników ze skanera optycznego 3D do wizualizacji wykładów z konstrukcji żelbetowych

WSTĘP

Bardzo kosztowne badania laboratoryjne pełnowymiarowych elementów żelbetowych, większa

liczba osób studiujących w grupach i zaostrzone przepisy BHP, powodują zmniejszenie możliwości

uczestnictwa studentów podczas prowadzonych doświadczeń. Wymienione bariery stały się

przyczyną poszukiwania alternatywnych metod wizualizacji zachowania się tych elementów dla

celów dydaktycznych. Samo opisanie zachowania się elementów pod wpływem działania obciążenia

jest trudno przyswajalne przez studentów, którzy podstawy zbrojonych konstrukcji betonowych

dopiero zaczynają poznawać. Wiadomo, że najlepsze efekty kształcenia osiąga się wykorzystując

teorię podwójnego kodowania Paivio. Zgodnie z tą zasadą możliwe jest jednoczesne przetwarzanie

informacji słownych i obrazowych, czyli kodów językowych i kodów obrazu. Połączenie tych dwóch

systemów, czyli werbalnego i niewerbalnego zwiększa skuteczność zapamiętywania, co zostało

potwierdzone w badaniach Mayera i Andersona (1990). Można więc wnioskować, że wizualizacja jest

istotnym i efektywnym narzędziem nauczania, najefektywniejszym jeśli występuje równolegle

z przekazem werbalnym, informacjami tekstowymi oraz niezbędną, minimalną wiedzą słuchacza.

Metody komputerowej wizualizacji są przydatne w przyciąganiu uwagi studenta i jednocześnie

powodują zwiększenie zaangażowania podczas zajęć [4,8]. Rozwój technologii umożliwia

wspomaganie laboratoriów coraz nowszą aparaturą i sprzętem badawczym wyposażonych

w komputery i specjalistyczne oprogramowanie. Te zaawansowane technologicznie narzędzia nie

tylko poszerzają możliwości w zakresie analizy badanych elementów, ale również mogą być

przydatne do wizualizacji zachowania się elementów pod obciążeniem. Żelbet jako kompozyt

składający się z matrycy-betonu oraz włókien-prętów zbrojeniowych jest niejednorodny zarówno pod

względem zastosowania dwóch różnych materiałów betonu i stali, a także niejednorodności samego

betonu, który otrzymuje się jako efekt połączenia mechaniczno-chemicznego: kruszywa, piasku,

cementu i wody. Powoduje to, że ustalenie warunków równowagi przekroju zbrojonego elementu

betonowego, nawet w przypadku prostych ustrojów prętowych (belek żelbetowych), jest – pomimo

pozoru prostoty – sprawą bardzo trudną. Stąd przy określaniu rzeczywistego stanu naprężeń

i odkształceń przyjmowane są pewne założenia wynikające zarówno z przesłanek teoretycznych, ale

także wyników doświadczeń. W rezultacie projektowanie zbrojonych elementów betonowych oparte

jest na doświadczalnie weryfikowanych modelach „pracy” przekroju betonowego z rozmieszczonymi

prętami zbrojeniowymi. Wyjaśnienie tych przyjmowanych modeli ułatwia wizualizacja. Umożliwia to

zastosowanie skanera optycznego 3D typu ARAMIS jako urządzenia wyposażonego w system

komputerowy, który może w pewnym stopniu uzupełnić wymiar zajęć laboratoryjnych. System ten

pozwala na wykonywanie pomiarów przemieszczeń i odkształceń, ich analizę oraz przedstawienie

wyników w postaci filmu. Taki sposób wizualizacji daje pełen obraz zachowania się badanego

elementu konstrukcyjnego pod wpływem działania obciążenia, więc wyjaśnienie tego zagadnienia jest

łatwiejsze do przedstawienia i opisu bez konieczności przeprowadzania zajęć w laboratoriach.

1 Politechnika Świętokrzyska, Wydział Budownictwa i Architektury, 25-314 Kielce, Al. Tysiąclecia Państwa Polskiego 7, tel.: +48 41 34-24-752,

[email protected] 2 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel.: +48 41 34-24-545, [email protected]

3 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel.: +48 41 34-24-548, [email protected]

4 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel. jak wyżej, [email protected]

5 PŚk, WBiA, adres jak wyżej, tel. jak wyżej, [email protected]

4139

1 SKANER OPTYCZNY 3D TYPU ARAMIS

Skaner optyczny 3D jest urządzeniem do wykonywania bezdotykowych pomiarów deformacji

przestrzennych na wybranej powierzchni. Jego działanie opiera się na zasadach fotogrametrii. Przy

wykorzystaniu dwóch kamer cyfrowych wykonywane są zdjęcia badanej powierzchni, następnie

poprzez ich przetworzenie za pomocą dołączonego oprogramowania uzyskuje się obraz odkształceń.

Skaner ten jest, z dużym powodzeniem, coraz częściej stosowany w badaniach elementów

żelbetowych [1,3,5].

W przedstawionym opracowaniu wykorzystano oprogramowanie Aramis, które umożliwia

tworzenie map odkształceń na badanej powierzchni. Pozwala to na śledzenie zachowania obciążanych

do zniszczenia elementów. Skaner optyczny stanowiący wyposażenie Laboratorium Konstrukcji

Betonowych i Diagnozowania Obiektów Technicznych w Politechnice Świętokrzyskiej umożliwia

wykorzystanie dwóch zestawów kamer. Każdy zestaw składa się ze statywu wraz z dwoma kamerami

zamocowanymi do niego na stałe, bez możliwości regulacji ich położenia (rysunek 1). Odległość

między kamerami wynosi 1200mm. Układ taki pozwala na efektywne badanie obszaru

o maksymalnych wymiarach 2800x1400mm. Obszar pomiarowy musi być odpowiednio

przygotowany do badań, czyli musi posiadać odpowiedni kontrast kolorów. W tym celu powierzchnię

badaną należy zakropkować czarną farbą. Nie jest konieczne malowanie próbki na biało, ponieważ

kontrast beton-farba jest wystarczający.

W Laboratorium KBiDOT przebadano z zastosowaniem skanera typu Aramis ponad 30 belek

żelbetowych jednoprzęsłowych oraz 14 belek dwuprzęsłowych. Belki różniły się: wymiarami

przekroju poprzecznego, stopniem zbrojenia podłużnego i poprzecznego oraz konstrukcją zbrojenia,

klasą betonu, rozmieszczeniem sił obciążających, programem obciążania, a także sposobem

podparcia. Na podstawie tych badań można stwierdzić, że skaner optyczny 3D nadaje się do badania

belek żelbetowych, a w szczególności do: analizy powstawania i rozwoju zarysowania prostopadłego

i ukośnego, odkształceń w 3 kierunkach tj. ugięcia, odkształceń poziomych i deplanacji przekroju

podczas całego procesu obciążania, aż do zniszczenia elementu.

Rys. 1. Skaner optyczny 3D z lewej: zestaw kamer, z prawej: jednostka sterująca.

Przykładową mapę odkształceń, na obszarze pomiarowym belki żelbetowej, uzyskaną skanerem

przedstawia rysunek 2. Wartości odkształceń na mapach są wyrażone kolorami zgodnie z pionowo

przedstawioną legendą. Ze względu na pomijalnie małe odkształcenia betonu w elementach

żelbetowych, kumulacje odkształceń oznaczone jaśniejszym kolorem odpowiadają rysom.

4140

Rys. 2. Przykładowa mapa odkształceń uzyskana skanerem.

Utworzona baza wyników uzyskanych z przeprowadzonych badań do zniszczenia ponad 40 belek

żelbetowych, z zastosowaniem skanera Aramis, pozwala na ich wykorzystanie do wizualizacji zajęć

z przedmiotu konstrukcje betonowe, co przedstawiono, w celu zilustrowania, przykładowo wybranych

zagadnień związanych z teorią żelbetu.

2 STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI: ZGINANIE - FAZY PRACY BELKI ŻELBETOWEJ

Rysy w elementach betonowych są zjawiskiem naturalnym, dlatego wyjaśnienie zasady pracy

elementów żelbetowych musi uwzględniać opis procesu zarysowania tych elementów. Pomijając

wpływ ilości zbrojenia na rozkład naprężeń jak i sposób zniszczenia belki można w miarę narastania

obciążeń od 0 do wartości maksymalnej zaobserwować w belce żelbetowej szereg różnych rozkładów

naprężeń, zwanych powszechnie fazami pracy belki żelbetowej. Ogólnie przyjęty jest podział na trzy

fazy [6,7], i tak: Fazą I nazywana jest praca belki przed powstaniem rysy, w Fazie II przyjmowany

jest przekrój zarysowany w strefie rozciąganej, co powoduje, że stal przejmuje prawie całość sił

rozciągających, natomiast Faza III odpowiada stadium niszczenia. Najlepszą formą wizualizacji tych

przyjętych faz pracy elementu żelbetowego jest film, który pozwala obserwować cały proces

obciążania elementu aż do zniszczenia, w tym powstawanie rys, zwiększanie ich szerokości

i wysokości oraz miażdżenie betonu ściskanego w chwili niszczenia wraz z pokazaniem narastających

ugięć. Zastosowanie, w celu wizualizacji zjawiska, zwykłej kamery cyfrowej daje obraz bez

możliwości szerszego wyjaśniania zachodzących zmian. Rozwiązaniem tego problemu są raporty

wykonywane za pomocą skanera optycznego 3D, które pozwalają zobrazować dzięki mapie

odkształceń badanej powierzchni, zarysowanie elementu oraz ugięcia dla przykładowo wybranych

punktów, w funkcji narastającego obciążenia. Dodatkowo bardzo rozbudowane możliwości edycji

raportów pozwalają na tworzenie wykresów przedstawiających przemieszczenia punktów jak

i odkształcenia w wybranych przekrojach na badanej powierzchni. Wykorzystując raport z badań w

postaci filmu uzyskanego ze skanera można, stosunkowo prosto, wyjaśnić pracę zginanego elementu

żelbetowego. Film, wykonany dla belki obciążanej monotonicznie do zniszczenia, przedstawionej

wraz z zaznaczeniem powierzchni badanej skanerem, na rysunku 3, którego wybrane kadry

przedstawiono w tabeli 1 pozwala na pokazanie przejścia pomiędzy kolejnymi fazami pracy elementu.

Fazę I, która charakteryzuje się brakiem zarysowania elementu pokazuje pierwsza mapa w tabeli.

Faza II pracy elementu, która zaczyna się od powstania pierwszej rysy, została przedstawiona na

dwóch kolejnych mapach zamieszczonych w tabeli 1, które ilustrują zwiększenie wysokości rys oraz

zmianę położenia osi obojętnej przekroju. Raport ze skanera można wykorzystać także do

zobrazowania mechanizmu zniszczenia, który odnosi się do fazy III pracy elementu – przedstawiony

na dwóch kolejnych kadrach tabeli 1. W zginanej belce żelbetowej mamy dwa możliwe mechanizmy

zniszczenia, w prezentowanej próbce uzyskano zniszczenie poprzez uplastycznienie stali zbrojeniowej

oraz wyczerpanie nośności – zmiażdżenie betonu. Jednocześnie ostatni kadr w tabeli 1 pozwala

potwierdzić niejednorodną strukturę betonu, gdyż do zniszczenia elementu doszło w innym przekroju,

niż przewidywany na podstawie schematu statycznego, przy uwzględnieniu ciężaru własnego

elementu – przekrój w środku rozpiętości belki. W tabeli 1 zamieszczono również wykresy ugięć

w środku rozpiętości belki. Pionowa, czerwona, przerywana linia pokazuje na jakim etapie obciążenia

wykonano mapy odkształceń. Na filmie można także pokazać studentom, co jest istotne dla

4141

konstrukcji żelbetowych, czyli mechanizm powstawania rys. Wyraźnie widać, że w elementach

zginanych powstają rysy, w strefie rozciąganej (dół belki) prostopadłe do osi belki.

Rys. 3. Schemat podparcia i obciążenia belki.

Tab. 1. Mapy odkształceń i wykresy ugięć belki dla wybranych poziomów obciążenia.

Wykresy ugięcia Mapy odkształceń

FAZA I

FAZA II

FAZA II

FAZA III

FAZA III

4142

3 STANY GRANICZNE NOŚNOŚCI: WYMIAROWANIE ZE WZGLĘDU NA ŚCINANIE

Zagadnienie wymiarowania strefy przypodporowej belek żelbetowych jest zagadnieniem

skomplikowanym i pomimo wielu lat rozważań teoretycznych, jak i badań doświadczalnych,

pozostaje do końca nierozpoznanym [2]. Sposób obliczania elementów żelbetowych ze względu na

ścinanie w poprzedniej normie [N1] jak i obecnej [N2] oparty jest na modelach kratownicowych tego

zjawiska. Przekroczenie, w strefie przypodporowej, przez główne naprężenia rozciągające

wytrzymałości betonu na rozciąganie powoduje powstanie rys ukośnych, które w modelu

kratownicowym wyodrębniają ściskane krzyżulce kratownicy nachylone pod kątem do osi elementu.

Strefa ściskana betonu stanowi pas górny kratownicy, zbrojenie poprzeczne - strzemiona lub pręty

odgięte - stanowią rozciągane słupki lub też rozciągane krzyżulce tej kratownicy, a zbrojenie podłużne

rozciągany pas dolny. Taki model jest zgodny z obrazem zarysowania obserwowanym w praktyce

i dlatego przedstawienie raportu ze skanera w postaci filmiku przedstawiającego proces zarysowania

strefy przypodporowej, w znakomity sposób może wyjaśnić przyjęte założenia modelowe, co zostało

przedstawione na kolejnych mapach odkształceń, lewej i prawej strony badanej do zniszczenia belki

żelbetowej w tabeli 2. Schemat podparcia i obciążania belki wraz z zaznaczonymi obszarami

badanymi z zastosowaniem dwóch zestawów skanera Aramis pokazano na rysunku 4. Przy

wymiarowaniu elementów żelbetowych na ścinanie duży wpływ ma przyjęcie kąta między

betonowym krzyżulcem ściskanym i osią belki prostopadłą do siły poprzecznej, którego norma podaje

jedynie granice stosowania od 450

do 26,60, a przyjęta wartość w istotny sposób wpływa na

otrzymywane wyniki, czy to samych wartości nośności na ścinanie, czy też ilości i rozstawu

potrzebnego zbrojenia. Wyjaśnienie problemu przyjmowania właściwego kąta, na bazie

sporządzonych ze skanera Aramis filmów, na których można zaobserwować powstawanie rys

ukośnych w strefie przypodporowej, a także ocenić kąt ich nachylenia, będzie zdecydowanie bardziej

efektywne. Innym problemem, który można wyjaśnić poprzez wizualizację jest konieczność

zakotwienia na podporze, zbrojenia głównego obliczanego na zginanie, a stanowiącego pas

rozciągany kratownicy. Na mapach przedstawionych w tabelach 2 i 3 pokazano różnice w procesie

zarysowania strefy przypodporowej odpowiednio z pełnym zakotwieniem zbrojenia podłużnego na

podporze (tabela 2) oraz skróconym zakotwieniem tego zbrojenia (tabela 3).

Rys. 4. Schemat podparcia i obciążenia belki.

Tab. 2. Obraz map odkształceń przy różnych poziomach obciążenia dla belki ścinanej z pełnym zakotwieniem zbrojenia na zginanie.

Mapy odkształceń z pierwszego zestawu skanera Mapy odkształceń z drugiego zestawu skanera

4143

Tab. 3. Obraz map odkształceń przy różnych poziomach obciążenia dla belki ścinanej z niepełnym zakotwieniem zbrojenia na zginanie.

Mapy odkształceń z pierwszego zestawu skanera Mapy odkształceń z drugiego zestawu skanera

Na prezentowanych powyżej mapach doskonale zilustrowane zostało kształtowania się rys

ukośnych jak i prostopadłych do osi elementu w procesie obciążenia, aż do zniszczenia elementów

badawczych.

Istotna, podczas omawiania zachowania się strefy przypodporowej, jest także możliwość

wizualizacji typów zniszczenia na ścinanie. Także w tym przypadku mogą zostać wykorzystane

materiały uzyskiwane ze skanera optycznego, co przedstawiono na rysunku 5, na którym można

zaobserwować zniszczenie na ścinanie z poślizgiem zbrojenia podłużnego.

Rys. 5. Obraz mapy odkształceń przy zniszczeniu na ścinanie wraz z poślizgiem zbrojenia głównego.

4 STANY GRANICZNE UŻYTKOWALNOŚCI: STANY GRANICZNE ZARYSOWANIA

I UGIĘĆ

Sprawdzenie stanów granicznych użytkowalności (SLS) ma na celu zapewnienie komfortu

użytkowania, odpowiedniego wyglądu konstrukcji oraz jej funkcji lub też funkcji pojedynczego

elementu w warunkach zwykłego użytkowania. Ponieważ nie odnoszą się one do bezpieczeństwa

konstrukcji często studenci nie poświęcają im należytej uwagi. Odpowiednia wizualizacja ma na celu

uświadomienie, czym są stany graniczne użytkowalności oraz podkreślenia ich dużego znaczenia

w odniesieniu do trwałości konstrukcji. Ograniczenie ugięcia oraz zarysowania jest podstawowym

kryterium wpływającym na użytkowalność. Film przedstawiający zachowanie belki żelbetowej pod

obciążeniem zmiennym pozwala w łatwy sposób zobrazować interakcje pomiędzy zarysowaniem

4144

i ugięciem. Jednocześnie taki sposób obciążania w większym stopniu odzwierciedla pracę realnego

elementu, co również jest istotne.

Przedstawione w tabeli 4 kadry z filmu/raportu z badań oraz wykresy gęstości zarysowania na

długości pola pomiarowego x obrazujące kolejność powstawania rys w procesie obciążania elementu

(rysunek 6) wykonane z wykorzystaniem skanera optycznego 3D pozwalają podkreślić losowość

zjawiska zarysowania. Tworzenie się pierwszej i kolejnych rys, ich szerokość, rozstaw oraz

propagacja jest trudna do przewidzenia. Pojawienie się rys następuje przy niewielkim obciążeniu co

podkreśla, że jest to zjawisko naturalne w elementach żelbetowych podczas ich pracy w warunkach

użytkowania. Wraz ze zwiększeniem obciążenia dochodzi do zwiększenia ugięcia oraz szerokości

i liczby rys. Zmienny charakter obciążenia umożliwia również obserwacje zjawiska otwierania

i zamykania się rys, przedstawionym na kolejnych mapach obciążenia zmiennego cyklicznie

w zakresie sił pokazanych czerwoną przerywaną linią (tabela 4). Przy odciążeniu można przedstawić

zmniejszanie się ugięcia i szerokości rys, co jest wynikiem sprężystego zakresu pracy elementu. Daje

to podstawy do zrozumienia czym jest sztywność oraz jakim zmianom podlega w elementach

żelbetowych. Bazując na przedstawionych obserwacjach zrozumienie stanów granicznych

użytkowania jest dużo prostsze.

Rys. 6. Wykresy gęstości zarysowania dla dwóch przykładowych belek

Tab. 4. Mapy odkształceń i wykresy ugięć belki dla obciążenia zmiennego Wykresy siły Mapy odkształceń i wykresy ugięcia

4145

WNIOSKI

Zastosowanie raportów ze skanera optycznego 3D Aramis daje możliwość wizualizacji

przyjmowanych modeli opisujących zachowanie belki żelbetowej pod wpływem działania obciążenia .

Nowoczesne technologie mogą nie tylko rozszerzyć możliwości prowadzenia analiz uzyskanych

podczas badań laboratoryjnych wyników, ale także mogą stanowić wizualizację prowadzonych zajęć

dydaktycznych.

Zastosowanie wizualizacji w postaci filmów może wpłynąć na poprawę efektywności kształcenia

ułatwiając zrozumienie trudnych zagadnień oraz zwiększyć zainteresowanie studentów prowadzonymi

wykładami.

4146

Streszczenie

W pracy przedstawiono możliwość wykorzystania wyników badań belek żelbetowych uzyskanych ze skanera optycznego 3D typu ARAMIS do wizualizacji zachowania się tych elementów pod wpływem działania obciążenia, na potrzeby zajęć dydaktycznych z przedmiotu konstrukcje żelbetowe. Wyniki pomiarów, z zastosowaniem systemu Aramis, można zaprezentować w rozbudowanych raportach z badań, a także w formie

krótkich filmów. Wykorzystując kadry z opracowanych filmów przedstawiono możliwości zobrazowania: faz pracy obciążanych belek z betonu zbrojonego, mechanizmu powstawania rys prostopadłych i ukośnych do osi elementu, a także modelu kratownicowego przyjmowanego do wymiarowania belek ze względu na ścinanie i stanów granicznych użytkowalności tj., ugięcia i zarysowania oraz mechanizmów niszczenia elementu. Film przedstawiający tworzenie i rozwój zarysowania, ugięcia elementu oraz mechanizm zniszczenia stanowi doskonałe narzędzie wyjaśnienia pracy elementu pod obciążeniem i może zastąpić częściowo zajęcia laboratoryjne. Taka wizualizacja poprawia efektywność kształcenia, ułatwia prowadzenie zajęć oraz przyciąga uwagę studentów.

An application of the results obtained with 3D optical scanner to perform classes of reinforced concrete structures

Abstract

The paper presents the possibility of using the 3D optical scanner with system ARAMIS for the purpose of teaching the subject of concrete structures. It was used to visualization the behavior of such elements under load, including cyclic one. The measurement results from the ARAMIS system can be presented in the research

reports, as well as short movies. By using frames from prepared films the possibility of imaging: work states of loaded reinforced concrete beams, mechanism of creating of cracks perpendicular and diagonal to the axis of the element, as well as the truss model adopted for dimensioning of beams due to shear, and serviceability limit states such as deflection and cracks with the destruction mechanisms of the element was presented. Film which shows the creation and development of cracks, deflection and the mechanism of destruction is the perfect tool to explain the work of the beam under the load and can partially replace laboratory classes. This improves the efficiency of learning, facilitates classes and attracts the attention of students.

BIBLIOGRAFIA

1. Ajdukiewicz C., Gajewski M., Mossakowski P., Zastosowanie systemu optycznej korelacji obrazu

„Aramis” do identyfikacji rys w elementach betonowych. Logistyka 2010, nr 6, s.27.

2. Godycki-Ćwirko T., Ścinanie w żelbecie. Arkady, Warszawa 1968.

3. Golewski G. L., Wykorzystanie systemu Aramis do analizy propagacji rys pierwotnych w

betonach z dodatkiem popiołów lotnych. Przegląd Budowlany 2010, nr 11, s. 30-35.

4. Goliasz M., Jak skutecznie przekazywać wiedzę w kursach e-learning? Perspektywa

kognitywistyczna. Teksty pokonferencyjne, Poznańskie Forum Kognitywistyczne, Poznań 2009,

nr 4, s.135.

5. Goszczyńska B., Trąmpczyński W., Bacharz K., Bacharz M., Tworzewska J., Tworzewski P.,

Doświadczalna analiza odkształceń przestrzennych belek żelbetowych z zastosowaniem skanera

optycznego 3D. Inżynieria i Budownictwo 2014, nr 3, s. 156-159.

6. Knauff M., Obliczanie konstrukcji żelbetowych według Eurokodu 2. PWN, Warszawa 2012, s.93.

7. Łapko A., Jensen B.C., Podstawy projektowania i algorytmy obliczeń konstrukcji żelbetowych.

Arkady, Warszawa 2005, s.65.

8. Vavra K., Janjic-Watrich V., Loerke K., Phillips L., Norris S., Macnab J., Visualization in Science

Education. Alberta Science Education Journal 2011, nr 1, vol. 41, s.22.

9. N1 PN-B-03264/2002 Konstrukcje betonowe żelbetowe i sprężone.

10. N2 PN-EN 1992-1-1 2008 Projektowanie konstrukcji z betonu. Reguły ogólne i reguły dla

budynków.