Budapest University of Technology and EconomicsFaculty of Civil Engineering - Since 1782

Az új anyagok és gyártástechnológiák megjelenése és az építőipari digitalizáció általános elterjedése következtében paradigmaváltás van folyamatban a hidász szakterületen is. Az elmúlt évtized intenzív anyagszerkezeti kutatásainak eredményeként új típusú acél anyagok és az ezeket felhasználó fejlett, digitális gyártástechnológiák jelentek meg. A számítógéppel segített tervezési eljárások a méretezéselméletben lehetővé teszik az innovatív, anyag- és energiatakarékos hídszerkezetek fejlesztését és alkalmazását. Ezek az anyag- és gyártástechnológiai, valamint számítási és szerkezeti újítások eredményezik az új generációs acélhidakat, melyek fejlesztésében napjainkban egyre nagyobb teret kapnak az u.n. hibrid szerkezetek, melyekben különböző anyagok (acél, vasbeton, FRP lemezek), vagy különböző szilárdságú (normál- és nagyszilárdságú) acélok kombinációjával érnek el kedvezőbb szerkezeti viselkedést, teljesítőképesség növekedést. A PhD kutatás célja az ilyen hibrid hídgerendák méretezési módszertanának és elméleti hátterének kidolgozása a jelenleg elterjedőben lévő innovatív szerkezeti kialakítások esetén. 

A különösen nagyszilárdságú acél anyagok (S500 – S960) a hídépítési acélszerkezetek új generációját jelentik, melyek hídépítési alkalmazásában hatékony, és gazdaságos megoldást jelent az alacsony és nagyszilárdságú acél anyagok kombinálása, az olyan hibrid tartók alkalmazása, melyek gerinclemeze jellemzően alacsony szilárdságú acélból, övlemezei nagyszilárdságú acélból készülnek. Ezen szerkezetek néhány svédországi alkalmazási példától és az elmúlt évtizedben végzett kutatási eredménytől eltekintve teljesen újszerű megoldásnak számítanak a hídépítésben, melyek méretezése teljes mértékben hiányzik a jelenlegi méretezési gyakorlatból és szabályozásból. Mivel napjainkban Európában szinte kizárólag rugalmas méretezési követelmény alapján tervezik a hídszerkezeteket, ezért a hibrid hídgerendák megfelelő kihasználhatósága paradigmaváltást igényel és a gazdaságos alkalmazáshoz kidolgozandó annak a méretezési módszertannak az alapja, mely lehetővé teszi az acélhidak beállásra, illetve korlátozott képlékeny alakváltozások ellenőrzése révén történő méretezését teherbírási határállapotban. 

A PhD kutatás témája tehát a nagyszilárdságú övlemezekkel és normálszilárdságú gerinclemezzel kialakított gerinclemezes hídgerendák esetére olyan szilárdsági és stabilitási méretezési képletek kidolgozása, melyek figyelembe veszik a keresztmetszeten belül alkalmazott eltérő anyagjellemzők hatását és egyben kezelik a képlékeny deformációkkal szembeni méretezési kritériumokat is. A kutatás keretében egy átfogó, hibrid gerendákra és acélhidakra vonatkozó méretezéselméleti szakirodalmi áttekintés után kidolgozandó és végrehajtandó egy kísérleti és numerikus kutatási program, melyben validált numerikus modellen végzett számítások alapján a hibrid hídgerendák hajlítási és nyírási horpadási teherbírása meghatározható, a hajlítás-nyírás interakciós viselkedése elemezhető. A numerikus vizsgálatok alapján a kutatás célja méretezési képlet kidolgozása a hibrid hídgerendák hajlítási és nyírási horpadási ellenállására, valamint a két hatás interakciójára vonatkozóan. További célja a kutatásnak az öv- és gerinclemez acélanyagának szilárdsági osztályára vonatkozó alkalmazási korlátok és tervezési ajánlások kidolgozása.       

 

***

 

Due to the emergence of new materials and manufacturing technologies and the widespread adoption of digitalization in the construction industry, a paradigm shift is underway in the field of bridge engineering as well. Due to the significant development progress on constructional materials, new steel materials and manufacturing methods are emerging. Design methods, assisted by computational analyses, allow the development of innovative, material and energy-efficient bridge structures. These new developments in the fields of material science, manufacturing technology, design theory and structural systems are producing a new generation of steel bridge systems. In the development of these new generation bridge structures nowadays the so-called hybrid structures are spreading, in which different materials (steel, reinforced concrete, FRP plates) or a combination of steel grades (normal and high strength steel materials) are used, to achieve more favorable structural behavior and increased performance. The planned PhD research program aims to develop the calculation methodology and theoretical background of the currently evolving hybrid bridges taking into account innovations in the structural layout of this girder type.

High-strength steel materials (grades S500 - S960) represent a new generation of steel structures. In bridge construction, the application of hybrid girders combining low- and high-strength steel materials is an effective and economical method for producing steel bridges. The hybrid girders generally consist of webs comprised of low-strength steel and flanges made of high-strength steel. Apart from some minor practical applications in Sweden and research results in the last decade, these structure types are completely new solutions in bridges, and the theoretical background of their design is almost completely missing from the current standardized design provisions. As bridges in Europe are designed exclusively on the basis of elastic behavior, the proper utilization of hybrid bridge girders requires a paradigm shift and the design methodology based on shake down and limited plastic deformations needs to be developed for economical application. The topic of the PhD research program is the development of strength and stability design formulas for bridge girders with high strength steel flanges and normal strength steel webs, which take into account the effect of different material characteristics within the cross-section and also address design criteria for plastic deformations.

Within the framework of the research a comprehensive literature review on the design theory of hybrid girders and steel bridges should be executed. An experimental and numerical research program is to be developed and executed, in which the bending and shear buckling resistance of hybrid girders are determined and the bending-shear interaction behavior is analyzed. Based on the numerical studies, the aim of the research program is to develop design formulae for the bending and shear buckling resistance of hybrid bridge girders and for the interaction of these two effects. A further aim of the research is to develop application limits and design recommendations for the grade of flange and web plate materials.