Vliv teploty na historické objekty

Abstract

Tato disertační práce se zabývá vlivem teploty na historické zdivo a objekty. V první části práce je řešena simulace teplotní odezvy konstrukce nebo její části na změnu vlastností okolního, zejména vnějšího prostředí. Velmi složitý a komplexní problém byl zjednodušen, bylo počítáno jen s vlivem oslunění a teploty vzduchu v okolí konstrukce. Realističnost teoretického modelu byla ověřena porovnáním vypočtených a naměřených teplot povrchu konstrukce. V navazující části práce byla provedena simulace teplotní odezvy stěny v exteriéru v letním období. Pomocí této simulace byla zjištěna zejména závislost maximální teploty osluněného povrchu na změně vlastností vnějšího prostředí a termodynamických vlastnostech zdiva. Tyto výsledky byly podkladem pro zjištění napjatosti zdiva, jehož komponenty malta a kameny mají rozdílnou hodnotu součinitele délkové teplotní roztažnosti. Charakter napjatosti byl získán pomocí 3-D modelu zdiva, ve kterém byly modelovány jednotlivé kameny a spáry. V první fázi proběhl výpočet pole teplot během extrémních, ale reálných klimatických situací, jež mohou v Praze nastat. Tato teplotní pole vstupovala do výpočtu napjatosti jako zatížení. Z výsledků simulace vyplývá, že teplota může v případě vysoké rozdílnosti délkové teplotní roztažnosti malty a kamene způsobit v blízkosti rozhraní materiálů poměrně výrazná namáhání a může snížit životnost zdiva. Teplota ovlivňuje nejen napjatost zdiva na úrovni jeho komponentů, ale způsobuje i dilatační pohyby a napjatost konstrukce jako celku. V závěrečné části disertační práce byl analyzován charakter napjatosti a dilatačních pohybů katedrály sv. Víta pomocí 3-D numerického modelu jednoho vybraného pole konstrukce v její staré části. Výsledky získané pomocí teoretického modelu byly v dobré shodě s výsledky geodetického měření vodorovných posunutí na sloupech hlavní lodi.

This thesis is focused on the influence of the temperature on the historical masonry and historical objects. The simulation of the temperature response of the structure or its part to the variation of the properties of the ambient space is described in the first part of the thesis. The complex problem was simplified. It was computed only with the impact of insolation and air temperature around the structure. This theoretical model was verified by the comparing computed and measured surface temperatures of the structure. The simulation of the temperature response of the wall in exterior during summer was made in next part of the thesis. By this simulation was obtained especially the relation of the maximal temperature of the insolated surface to the variations of the properties of the external atmosphere and thermodynamic properties of the masonry. These results were the basis for the detection of the stress state of masonry of which components mortar and stones have different value of the coefficient of thermal expansion. The character of the stress state was obtained by the 3-D finite element model of masonry. The particular stones and joints were modeled by this numerical model. The computation of the temperature fields during extreme but realistic climatic situations in Prague was the first step of the numerical analysis. These temperature fields were the inputs to do the stress analysis. The results obtained from simulation show that temperature may in case of the high difference of the thermal expansion of the mortar and stone caused high stresses close to the interface of the stone and mortar. These stresses may decrease the durability of the masonry. The temperature influences also the state of stress of the whole structure. The analysis of the character of the state of stress and dilatation movements of the Saint Vitus Cathedral was made in the final part of the thesis. The analysis was made by the 3-D numerical model of one selected span of the cathedral. This span is in old part of the cathedral. The results obtained by the numerical model were in a good agreement with the results of the geodetic measurements of the horizontal displacements, which were measured on the columns of the nave.