DŁUGOTRWAŁE WPŁYWY DYNAMICZNE I ŚRODOWISKOWE NA KONSTRUKCJĘ NOŚNĄ BUDYNKU PŁUCZKI ZAWIESINOWEJ W KOPALNI WĘGLA KAMIENNEGO.pdf

Dr inŜ. Andrzej MALCZYK

Dr inŜ. Marek WŁASZCZUK

Politechnika Śląska

DŁUGOTRWAŁE WPŁYWY DYNAMICZNE

I Ś RODOWISKOWE NA KONSTRUKCJ Ę NO Ś N Ą BUDYNKU

PŁUCZKI ZAWIESINOWEJ W KOPALNI W Ę GLA KAMIENNEGO

LONG – LASTING INFLUENCE OF ENVIRONMENT AND DYNAMICS ON THE STRUCTURE OF

A WASHER BUILDING IN A COAL - MINE

Streszczenie Trudne warunki środowiskowe i dynamiczne jakie panują we wnętrzu budynku płuczki są

przyczyną wielu uszkodzeń w złoŜonej konstrukcji nośnej obiektu. Wysoka wilgotność w obiekcie jest

przyczyną znacznych zniszczeń korozyjnych , a niewłaściwa konstrukcja stropów jest źródłem silnych zjawisk

rezonansowych. W pracy przedstawiono sposób odstrojenia konstrukcji stropów w obiekcie i przytoczono

aktualne rezultaty zaleconych zmian konstrukcyjnych.

Abstract Very difficult environmental and dynamic conditions inside the washer building are reasons of the

damages in the structure. High moisture and unsuitable structure of floors are responsible for corrosion and

strong resonances. A method of changes the amplitudes of forced vibrations of the floors is presented in this

paper.

1. Ogólny opis obiektu

Jednym z głównych obiektów Zakładów Przeróbki Mechanicznej Węgla w kopalniach

węgla kamiennego jest płuczka zawiesinowa, wewnątrz której odbywa się proces oddzielenia

węgla od skały płonnej. Proces ten jest realizowany metodą mokrą, polegającą na

wykorzystaniu zjawiska pływalności węgla w cieczy o podwyŜszonej gęstości. Do

rozdzielenia frakcji węgla słuŜą zespoły sit wstrząsowych generujące bardzo silne wpływy

dynamiczne.

Przedmiotowy budynek płuczki zawiesinowej został wykonany w drugiej połowie lat

70-tych ubiegłego wieku. Obiekt jest podzielony dylatacją na dwie części: segment

Ŝelbetowych, wielokomorowych zbiorników i segment technologiczny, nasycony

urządzeniami mechanicznymi, który był przedmiotem badań opisanych w niniejszym

referacie ( rys.1).

Płuczka zawiesinowa jest obiektem wolno stojącym, wielokondygnacyjnym o zwartym

rzucie poziomym. Całkowita wysokość budynku płuczki wynosi 40,70m, a wymiary rzutu

poziomego 24,0x43,5m. Poziom posadowienia fundamentów budynku płuczki znajduje się

3,50m poniŜej poziomu terenu.

291

Rys. 1 Widok i przekrój budynku płuczki

Budynek posadowiono bezpośrednio na gruncie na ruszcie Ŝelbetowych, monolitycznych

ław rozstawionych co 6,00 i 6,60m. Do poziomu +/- 0,00m konstrukcja budynku jest

Ŝelbetowa, monolityczna, powyŜej tego poziomu konstrukcja nośna wykonana jest jako

stalowa z Ŝelbetowo-stalowymi stropami.

Stalowy szkielet budynku to układ poprzecznych, cztero-nawowych ram złoŜony ze

słupów i rygli wykonanych z profili walcowanych lub blachownic.

Nad wszystkimi kondygnacjami budynku płuczki wykonano stropy Ŝelbetowo-stalowe.

Monolityczne, Ŝelbetowe jednokierunkowo zbrojone płyty stropów są oparte na walcowanych

dwuteownikach stalowych o pocienionym środniku (profile typu „p”). Dwuteowniki mają

obetonowany środnik. Rozpiętości płyt i dwuteowników, na których opierają się płyty są

zróŜnicowane. W konstrukcji budynku występują liczne stęŜenia wewnętrzne usytuowane w

płaszczyznach ram i prostopadle do płaszczyzn ram.

2. Stan konstrukcji obiektu

2.1. Opis wizualny uszkodze ń

Na podstawie wielu szczegółowych wizji lokalnych przeprowadzonych w obiekcie

w styczniu 2006r stwierdzono, Ŝe:

przestrzenna stalowa konstrukcja nośna obiektu: słupy, rozpory ram, krzyŜulce i belki

stropowe są w róŜnym stopniu skorodowane; najsilniejsze zniszczenia korozyjne

występują w tych strefach obiektu, gdzie elementy stalowe mają okresowy,

bezpośredni kontakt z wodą ( rys.2),

292

korozja zbrojenia w płytach stropowych wszystkich kondygnacji oraz korozja

stalowych belek stropowych jest lokalnie silnie zaawansowana; płyty stropowe są

miejscami spękane (rys.3).

występuje silna korozja powierzchniowa stopni i belek policzkowych stalowych

schodów wewnętrznych ,

elementy zewnętrzne budynku płuczki zawiesinowej (tynki elewacji, stolarka okienna,

rynny i rury spustowe, pokrycie dachowe) są lokalnie uszkodzone i wymagają napraw.

Rys. 2 Korozja stali w węzłach konstrukcji Rys. 3 Korozja zbrojenia w stropach

2.2. Badania betonów w stropach

Wytrzymałość betonu w Ŝelbetowych płytach stropowych płuczki oceniono na

podstawie badań nieniszczących wykonanych za pomocą młotka Schmidta typu N. Uzyskane

wyniki badań pozwoliły na zakwalifikowanie betonów płyt stropowych do klasy C12/15.

2.3. Obliczenia no ś no ś ci stropów

W obliczeniach sprawdzających przyjęto parametry wytrzymałościowe materiałów

konstrukcyjnych zgodne z wynikami badań dokonanych na obiekcie:

- wytrzymałość betonu w konstrukcjach Ŝelbetowych jak dla klasy C12/15,

- wytrzymałość stali w konstrukcjach Ŝelbetowych jak dla klasy A-I ,

- wytrzymałość stali w konstrukcjach stalowych jak dla stali St3S,

- warstwy stropów przyjęto na podstawie odkrywek.

W projekcie konstrukcji płuczki do obliczeń stopów przyjęto obciąŜenie uŜytkowe

charakterystyczne o wartości 5,00 kN/m 2 . Celem obliczeń sprawdzających było określenie ,

czy wobec istniejących uszkodzeń w konstrukcji budynku i przy realnych wytrzymałościach

materiałów konstrukcyjnych, nośność stropów i pozostałych elementów konstrukcyjnych jest

wystarczająca do przenoszenia obciąŜeń uŜytkowych załoŜonych w projekcie. Obliczenia

wykonano dla reprezentatywnych elementów stropów na wszystkich poziomach.

NaleŜy podkreślić, Ŝe cała konstrukcja nośna budynku płuczki zawiesinowej pracuje

w środowisku XC2 (wg PN –B-03264/2002). Dla tego środowiska minimalna klasa betonu to

C16/20, a minimalna grubość otuliny zbrojenia wynosi 25mm. Brak spełnienia

wymienionych zaleceń jest główną przyczyną powstania występujących uszkodzeń w

konstrukcjach Ŝelbetowych. Uszkodzenia konstrukcji stalowych wynikają natomiast z braku

właściwej ich ochrony przed korozją w środowisku występującym w obiekcie.

293

2.4. Badania dynamiki konstrukcji budynku płuczki zawiesinowej

Cel badań

Pomiary dynamiki konstrukcji w budynku płuczki, przeprowadzone na wszystkich

kondygnacjach obiektu, miały do spełnienia następujące cele:

pomiar parametrów dynamicznych na wszystkich kondygnacjach budynku

i w wybranych strefach stropów, wszędzie tam, gdzie są odczuwalne silne drgania

konstrukcji, w sytuacjach zmiennego obciąŜenia dynamicznego pracą urządzeń

( maszyny włączane i wyłączane),

ustalenie wartości parametrów dynamicznych „poziomu tła” na wybranych stropach,

określenie dominujących częstotliwości wymuszeń dynamicznych na wybranych

kondygnacjach, w strefach duŜej odczuwalności drgań,

ocena skuteczności istniejących wibroizolacji urządzeń,

pomiar częstotliwości drgań własnych wybranych fragmentów stropów i ocena

wartości współczynników tłumienia drgań,

ocena wpływu drgań konstrukcji na ludzi pracujących w budynku.

Urządzenia pomiarowe

Pomiary przyspieszeń w wytypowanych punktach pomiarowych wykonano za pomocą

aparatury typu WSAD 3M z aktualnym atestem. Do pomiarów uzupełniających

i sprawdzających oraz do oceny skuteczności wibroizolacji maszyn posłuŜono się

miernikiem drgań RFT Vibrationsprüfer VP 102 typ1116 . Przyspieszenia drgań stropów

mierzono w trzech prostopadłych do siebie kierunkach : dwóch poziomych i pionowym.

Wartości skuteczne przemieszczeń i prędkości drgań w kierunku pionowym mierzono

urządzeniem RFT.

Wymuszenia dynamiczne w budynku

Wewnątrz budynku płuczki zawiesinowej jest zainstalowanych wiele urządzeń

obsługujących proces technologiczny wzbogacania urobku (por. rys.1). Z punktu widzenia

oddziaływania dynamicznego na konstrukcję obiektu do istotnych naleŜą przede wszystkim

przesiewacze i napędy taśmociągów. Są one źródłami intensywnych wymuszeń o charakterze

harmonicznym, szczególnie waŜnym ze względu na zmęczenie materiałów w konstrukcji

nośnej. Przesiewacze i podajniki wibracyjne zainstalowane w obiekcie charakteryzują się

następującymi częstotliwościami wymuszenia dynamicznego :

Tablica 1 Charakterystyka wybranych urządzeń mechanicznych płuczki

Typ przesiewacza Miejsce zabudowy Skok rzeszota

częstotliwość

WZ1P-2,6x7,0

poz. +26m

14,16

PWP-1- 2,6x5,25 poz.+26m,+14m

6-9

16,66

WPPE-1,8x5,5

poz. +14m

16,0

WP-2-1,8x5,5

poz.+14m

13,3

PWK-1-2,2x5,25 poz.+20m

12,1

PWE2 - 2,2x5,5 poz.+20m

8-13

16,25

PWE2-1,8x5,5

poz.+9m

15,8

PWRB

poz.+12m

15,25

PWB

poz.0m

9-12

15,75

MIFAMA

poz.0m

15,75

294

Metodyka pomiarów

Drgania ujawniające się na fragmentach stropów nie obciąŜonych maszynami mierzono

w środku pól stropowych, gdzie odczuwalność drgań przez uŜytkowników była największa,

oraz w pasmach podporowych tych pól, w celu rejestracji intensywności przekazywania się

wpływów dynamicznych przez główny szkielet stalowy konstrukcji nośnej.

Wstępne rozpoznanie stanu dynamicznego obiektu wskazało na dominujący wpływ

dynamiczny przesiewaczy PWP-1 ( por. tabl. 1 i rys. 1), zainstalowanych w poziomie 14,40m.

Wobec nakładania się wpływów dynamicznych wielu maszyn zainstalowanych w obiekcie,

w strefach głównych pomiarów wykonano rejestrację „poziomu tła”, to znaczy w sytuacji

wyłączonych przesiewaczy PWP – I, co pozwoliło na ocenę wpływu tych przesiewaczy na

ogólny stan dynamiczny konstrukcji.

Główne pomiary, które miały na celu ocenę ilościową i jakościową oddziaływania

przesiewaczy PWP-1 na konstrukcje stropów, wykonano w trakcie pełnych cykli pracy

maszyn oraz w sytuacjach ich włączania i wyłączania. Określono dominujące częstotliwości

wymuszeń ujawniających się w trakcie pracy urządzeń.

Wykonano równieŜ pomiary drgań własnych wybranych fragmentów stropów rejestrując

przebiegi drgań konstrukcji wywołane wymuszonym jednorazowym impulsem ( podskok

osoby w środku rozpiętości pola stropu lub innych strefach). Rejestracje w postaci tłumionych

przebiegów harmonicznych pozwoliły na określenie częstości drgań własnych konstrukcji

stropu oraz umoŜliwiły ocenę wartości logarytmicznego dekrementu tłumienia całego

lokalnego ustroju nośnego.

Wyniki pomiarów

Na podstawie analizy wyników ponad 60 pomiarów wykonanych na stropach obiektu

stwierdzono :

składowe poziome przyspieszeń w obydwu prostopadłych do siebie kierunkach były

mało istotne w porównaniu ze składową pionową , której wartości amplitud

przyspieszeń sięgały 1100mm/s 2 . Pomiar wykazał jednoznaczną dominację

częstotliwości 16,6 Hz, związaną z pracą przesiewaczy PWP-1 w poziomie 14,40m

( por. tabl. 1 i wibrogram na rys. 6),

stwierdzono intensywne zjawisko dudnienia związane z dodawaniem się wymuszeń

dynamicznych z urządzeń o bardzo zbliŜonych częstotliwościach ( por. rys. 6),

· z analizy wielu prób inicjacji drgań własnych i ich zarejestrowanych przebiegów

wynika, Ŝe badane pola stropowe charakteryzują się podstawową częstotliwością

drgań własnych wynoszącą 17,2 Hz.

Obliczenia drgań własnych stropów

W celu oszacowania zakresu zjawisk rezonansowych w przedmiotowym obiekcie

wykonano obliczenia częstotliwości drgań własnych stropów w wybranych strefach,

w szczególności tam, gdzie rejestruje się drgania o znacznej intensywności.

Stropy w budynku płuczki zawiesinowej mają konstrukcję stalowo-Ŝelbetową. Grubość

konstrukcyjna płyt Ŝelbetowych wynosi 8,0cm, zaś Ŝebra stalowe w postaci dwuteowników

mają zróŜnicowane wysokości . Po analizie dokumentacji stwierdzono, Ŝe z punktu widzenia

dynamicznego o wartości częstotliwości drgań własnych poszczególnych pól stropu decydują

pasma stropowe składające się z dwuteownika 300p i współpracującej z nim płyty Ŝelbetowej

o szerokości średniej ok. 200cm. Przy takim załoŜeniu wykonano obliczenia drgań własnych

pasm stropowych, przyjmując zróŜnicowane schematy dynamiczne i róŜne warunki

podparcia, w zaleŜności od sztywności pasm brzegowych w analizowanych polach stropu.

W wyniku obliczeń stwierdzono, Ŝe częstotliwości drgań własnych wybranych pól

stropowych wynoszą:

Û dla płyt o rozpiętości 6,0m – od ok. 15 Hz do ok. 22 Hz,

Û dla płyt o rozpiętości 6,6m – od ok. 12 Hz do ok. 19 Hz.

295

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: