Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Podłużnie użebrowane stalowe środniki dźwigarów skrzynkowych – naprężenia krytyczne przy ścinaniu

Drzazga Marek

Przegląd Budowlany

|

2025

|

R. 96, nr 5

33--37

PL

W artykule przedstawiono i porównano wybrane metody wyznaczania wartości sprężystych naprężeń krytycznych przy ścinaniu stalowych środników z żebrami podłużnymi na dwóch poziomach. Analizę porównawczą oparto o procedury podane w projekcie normy prEN 1993-1-5:2021 oraz o wyniki analiz numerycznych. Obliczenia przeprowadzono dla trzech grubości środników i dla różnych przekrojów żeber podłużnych. Wykonane analizy uwidoczniły istotne różnice w wynikach obliczeń w zależności od stosowanego podejścia obliczeniowego.

EN

The article presents and compares selected methods for determining elastic critical shear stress values of steel webs with longitudinal stiffeners. The comperative analysis is based on the procedures given in the draft standard prEN 1993-1-5:2021 and on the results of numerical analyses. The calculations were carried out for three web thickness and for different cross-sections of longitudinal stiffeners. The analyses showed significant differences in the calculations results depending on the calculation approach.

2

Wykorzystanie popiołu lotnego do stabilizacji skarp wysokich hałd odpadów górniczych

Sternik Krzysztof, Olma Anna

Materiały Budowlane

|

2025

|

nr 3

61--66

3

Wpływ sposobu modelowania pierścienia wiatrowego na ocenę stateczności płaszcza zbiorników otwartych metodą MNA-LBA

Słowiński Kamil, Piekarczyk Marek

Inżynieria i Budownictwo

|

2025

|

R. 81, nr 3

321--326

PL

W artykule omówiono wpływ zróżnicowanych sposobów odwzorowania pierścienia wiatrowego na ocenę stateczności płaszcza zbiorników otwartych, przeprowadzoną z wykorzystaniem procedury wymiarowania MNA-LBA wg normy PN-EN 1993-1-6. W kontekście zastosowania tej procedury pojawia się pytanie o wpływ sposobu modelowania pierścienia wiatrowego na dwie wielkości, istotne dla oceny smukłości względnej płaszcza, tj. na wskaźnik nośności krytycznej rRcr oraz wskaźnik nośności plastycznej rRpl. Do formalnej oceny smukłości względnej płaszcza wymaga się, aby oba te wskaźniki zostały określone tak dokładnie, jak to możliwe. Przeprowadzono szereg analiz numerycznych z wykorzystaniem modeli o różnym stopniu dokładności odwzorowania pierścienia wiatrowego. Wyniki tych analiz pozwoliły na rozwiązanie problematycznych kwestii związanych z interpretacją wyników potrzebnych do wiarygodnej oceny stateczności płaszczy zbiorników otwartych.

EN

The article discusses the effect of various methods for modelling the wind girder on the stability assessment of the shell of open-top tanks, conducted using the MNA-LBA dimensioning procedure in accordance with the PN-EN 1993-1-6 standard. In the context of applying this procedure, the question arises about the influence of the wind girder modelling method on two key parameters essential for evaluating the relative slenderness of the shell, namely the critical load-bearing indicator rRpcr and the plastic load-bearing indicator rRpl. For a formal assessment of overall relative slenderness of the shell, both of these indicators must be determined as accurately as possible. A series of numerical analyses were conducted using models with varying levels of accuracy in the representation of the wind girder. The results of these analyses helped address problematic issues related to the interpretation of the results needed for a reliable assessment of the stability of the shell of open-top tanks.

4

Racjonalne projektowanie stalowych konstrukcji stężonych na przykładzie słupa kratowego

Zwoliński Tadeusz

Inżynieria i Budownictwo

|

2025

|

R. 81, nr 3

344--349

PL

Celem pracy przedstawionej w artykule było sformułowanie wytycznych do racjonalnego projektowania stężonych konstrukcji stalowych na przykładzie słupa kratowego analizowanego w modelu 2D. Rozpatrzono konstrukcję o wysokości 20 m i szerokości 4 m, składającą się ze słupów, poprzeczek oraz stężeń typu X. Przeanalizowano siedem wariantów rozmieszczenia stężeń – od dwóch do siedmiu kondygnacji. Wszystkie elementy wykonano ze stali S235. Stężenia modelowano jako pręty pełne okrągłe, poprzeczki jako profile SHS, a słupy jako profile katalogowe: HEA, HEB, SHS oraz CHS. Łącznie przeanalizowano 367 przekrojów słupów w siedmiu konfiguracjach stężeń. Przedstawiono i omówiono wytyczne projektowe dla stężeń eliminujących przechyłową postać wyboczenia, definiując dwa kluczowe kryteria: sztywności i nośności. Obliczenia przeprowadzono w programie Robot Structural Analysis, stosując liniową analizę wyboczeniową (LBA) z uwzględnieniem zredukowanej sztywności. Łącznie zaprojektowano 2202 słupy kratowe z optymalnie dobranymi stężeniami i poprzeczkami. Wyniki zestawiono w formie zbiorczej, ukazując efektywność konstrukcji (stosunek nośności słupa kratowego do jego ciężaru) w zależności od smukłości słupów. Stwierdzono, że najbardziej efektywne są słupy kratowe ze słupami o niskiej smukłości, a udział masy stężeń i poprzeczek w całkowitej masie konstrukcji nie powinien zazwyczaj przekraczać 25%.

EN

The aim of the study was to develop guidelines for the rational design of braced steel structures using a 2D tower model as an example. The analyzed structure was 20 meters high and 4 meters wide, consisting of columns, horizontal beams, and X-type bracings. Seven bracing configurations were considered, with bracings placed across two to seven levels. All structural elements were made of S235 steel. Bracings were modeled as solid round bars, beams as SHS profiles, and columns as catalog sections: HEA, HEB, SHS, and CHS. A total of 367 column cross-sections were analyzed across seven bracing layouts. Design guidelines for bracings were presented and discussed, with a focus on eliminating lateral-torsional buckling, based on two key criteria: stiffness and load-bearing capacity. Structural calculations were carried out using Robot Structural Analysis software, applying a linear buckling analysis (LBA) with reduced stiffness. In total, 2,202 towers with optimally selected bracings and beams were designed. The results were compiled to show structural efficiency (tower capacity to weight ratio) depending on the slenderness of the columns. It was found that the most effective designs used low-slenderness columns, and the mass of bracings and beams should generally not exceed 25% of the total tower weight.

5

Analiza stateczności konstrukcji ramowych z węzłami podatnymi

Chalecki Marek

Inżynieria i Budownictwo

|

2025

|

R. 81, nr 5

552--557

PL

W pracy zaprezentowano sposób obliczania siły krytycznej ze względu na wyboczenie dla ram płaskich z węzłami podatnymi. Wykorzystano klasyczną metodę przemieszczeń. Przedstawiono wzory transformacyjne oraz przykłady ich zastosowania. Porównano otrzymane wartości sił krytycznych dla różnych sztywności węzłów i odniesiono się do odpowiednich zaleceń Eurokodu 3.

EN

The paper presents a way of calculation of a critical buckling force of 2D frames with semi-rigid joints. The classical displacement method was used. Transformation formulas and examples of their application were presented. The obtained values of critical buckling forces for various joint stiffnesses were compared and related to the relevant recommendations of the Eurocode 3.

6

The influence of the accuracy of reproducing the uniaxial tensile test of mild steel in the H-M plasticity model on the behaviour of a perforated thin walled shell subjected to compression

Piotrowski Andrzej, Gajewski Marcin, Jemioło Stanisław, Ajdukiewicz Cezary

Archives of Civil Engineering

|

2025

|

Vol. 71, nr 2

209--224

EN

The article describes the impact of modeling the plasticity constitutive relationship on the buckling of a short section of a perforated thin-walled steel bar with an open cross-section (modeled as a perforated shell) subjected to compression, being one of the elements of a high-storage system. Numerical calculations were performed in the ABAQUS/Standard program with application of the elasto-plasticity theory of large deformations with additive decomposition of the logarithmic strain tensor and taking into account the nonlinear isotropic or kinematic strain hardening models. The isotropic nature of the material was considered and the plastic flow law associated with the Huber-Mises plasticity condition was assumed. In the elasticity range, linear characteristics of the material was assumed, while in the plasticity range, the shape of the uniaxial strain hardening curve was described as piecewise linear approximation of plastic strain-stress graphs obtained from uniaxial tensile tests. The 24 sets of material data obtained on the basis of experimental tests were analyzed and the influence of differences in the values of material parameters were described (in tests carried out on samples cut from the modeled bars, large differences were found in the values of material parameters and the shape of uniaxial tension graphs). Also the accuracy of strain hardening modeling (the number of sections assumed in the model piecewise linear) on the calculated bearing capacity force value was considered and evaluated.

PL

W artykule opisano wpływ modelowania relacji konstytutywnej plastyczności na wyboczenie poddanego ściskaniu krótkiego odcinka stalowego perforowanego pręta cienkościennego o przekroju otwartym (modelowanego jako perforowana powłoka) stanowiącego jeden z elementów systemu regałów wysokiego składowania. Wykonano obliczenia numeryczne w programie ABAQUS/Standard i wykorzystano zaimplementowaną w nim teorię sprężysto-plastyczności dużych deformacji z addytywną dekompozycją logarytmicznego tensora odkształcenia i nieliniowym wzmocnieniem izotropowym lub kinematycznym. Założono izotropowość materiału i przyjęto prawo płynięcia stowarzyszone z warunkiem plastyczności Hubera-Misesa. W zakresie sprężystym przyjęto liniową charakterystykę materiału, natomiast w zakresie plastycznym przebieg jednoosiowej krzywej wzmocnienia opisano odcinkowo na podstawie wykresów odkształcenie plastyczne – naprężenie otrzymanych z jednoosiowych prób rozciągania. Przeanalizowano 24 zestawy danych materiałowych otrzymanych na podstawie badań doświadczalnych i opisano wpływ różnic w wartościach stałych materiałowych (w testach przeprowadzonych na próbkach wyciętych z modelowanych prętów stwierdzono duże różnice w wartościach stałych materiałowych i charakterze wykresów rozciągania) oraz dokładności modelowania wzmocnienia (przyjętej liczbie odcinków w modelu odcinkowo liniowym) na obliczaną wartość nośności.

7

Equilibrium and stability of beams with elastoplastic semi-rigid joints

Dzierżanowski Grzegorz

Archives of Civil Engineering

|

2025

|

Vol. 71, nr 4

315--327

EN

The classical theory of beams admits two types of connections between structural elements: perfectly rigid and perfectly flexible. However, the engineering reality calls for a more general approach to joint modelling. A non-ideal connection type is called semi-rigid. Its moment-rotation characteristic links the bending moment developed at the joint with the non-zero rotation increment between both sides of the connection. In the paper, the moment-rotation characteristic is assumed to be linearly elastic-perfectly plastic, and not sensitive to the sign of the rotation increment. Posed in the framework of Euler-Bernoulli’s theory of beams, the main objective of the paper is to formulate slope-deflection equations for a beam with semi-rigid joints. Two themes are considered. The first regards the equations derived under the assumption of small transverse displacements; the results are not new, but they offer a different viewpoint. The variational form of the equilibrium problem involves minimization of stress energy functional with constraints following from the yield condition imposed on the values of moments in semi-rigid joints. Such an approach furnishes a theoretical foundation for robust numerical analysis of large-scale frames in the full spectrum of joint deformation: linearly elastic and perfectly plastic. The second theme of study concerns the beam subjected to a large compressive force. The results obtained on the grounds of Bleich’s linear theory of stability include slope-deflection equations and the implicit definition of the critical value of compressive force. In both themes of interest, the outcomes of the paper essentially extend the findings documented in the literature.

PL

Klasyczna teoria Eulera-Bernoulliego prętów zginanych uwzględnia jedynie dwa rodzaje połączeń: idealnie sztywne i idealnie podatne (przegubowe). Różnicę między nimi łatwo określić na podstawie rozważań statycznych i kinematycznych. Węzły podatne przekazują moment zginający, zaś kąty obrotu przekrojów po obu stronach połączenia są jednakowe; inaczej mówiąc, przyrost kąta obrotu jest równy zeru. Charakterystyka przegubu jest skrajnie przeciwna. Moment nie jest przekazywany, a przyrost kąta obrotu jest dowolny. Praktyka inżynierska pokazuje jednak, że rzeczywiste połączenia elementów konstrukcji wymykają się tej klasyfikacji. Obok połączeń idealnych istnieją węzły podatne, nazywane także półsztywnymi. Są one zdolne do przekazywania momentu zginającego przy różnym od zera przyroście kąta obrotu przekroju. Włączenie węzłów podatnych do katalogu rozwiązań projektowych wymaga opracowania konstytutywnego modelu połączenia, zwykle nazywanego krzywą momentu-obrotu. Autorzy publikacji [1] wyczerpująco omawiają stan współczesnej wiedzy i kierunki rozwoju teorii konstrukcji stalowych z węzłami podatnymi. Wśród wielu podjętych w [1] wątków, dwa są szczególnie interesujące w odniesieniu do zagadnień poruszanych w niniejszej pracy. Pierwszy dotyczy rozmaitych propozycji przebiegu krzywej momentu-obrotu; ten temat jest omawiany także w obszernej monografii [2]. Drugi wątek obejmuje analityczne i numeryczne rozważania na temat zasad projektowania ram z węzłami podatnymi. Podobne zagadnienie jest treścią przeglądowej publikacji [3]. Przedłożona praca opiera się na założeniu funkcji momentu-obrotu opisującej sprężystoplastyczne (ściślej liniowo sprężyste-idealnie plastyczne) prawo konstytutywne węzła podatnego. Związek fizyczny jest symetryczny względem znaku przyrostu kąta obrotu. Przyjęcie takiej formuły wpisuje się w wyniki badań dotyczących zagadnienia postępującej katastrofy, por. [4]. W świetle norm projektowych, np. Eurokodu [5], stosowanie modelu konstytutywnego sprężystoplastyczności w opisie zachowania węzła podatnego jest dopuszczalne w analizie połączeń elementów konstrukcji stalowych poddanych obciążeniom statycznym. Głównym celem pracy było opisanie zadania równowagi pręta zginanego z węzłami sprężystoplastycznymi umieszczonymi na obu krańcach. W szczególności podjęto dwa zadania. Pierwsze dotyczyło wyprowadzenia wzorów transformacyjnych w ramach klasycznej teorii Eulera-Bernoulliego, zaś drugie obejmowało przypadek dodatkowego obciążenia osiową siłą ściskającą o znacznej, ale znanej wartości, zgodnie z wymaganiami liniowej teorii Bleicha, por. [9]. W tym zakresie rozważań wyprowadzono także niejawną formułę określającą wartość siły krytycznej w zagadnieniu wyboczenia pręta smukłego. Wyniki uzyskane w zakresie teorii klasycznej pokrywają się z wynikami znanymi z literatury, jednak ponowne ich wyprowadzenie w duchu pracy [8] pozwoliło na istotne uproszczenie zapisu. Ma to szczególne znaczenie wobec zwiększonej liczby parametrów zadania zginania pręta z węzłami podatnymi w porównaniu z zadaniem, w którym węzły są idealnie sztywne. Badania w zakresie uwzględniającym działanie dużej siły osiowej były prowadzone przez autorów monografii [7, 9], ale podane rezultaty są niepełne. Literatura nie podaje także formuły pozwalającej określić wartość siły krytycznej w zagadnieniu wyboczenia pręta z węzłami podatnymi, co skłania do wniosku, że związki wyprowadzone w niniejszej pracy były dotychczas nieznane. Cel rozważań jest zbieżny z badaniami prowadzonymi w zakresie optymalnego projektowania konstrukcji, por. [10], gdzie przedstawiono wyniki dotyczące rusztów sprężystoplastycznych, a także [11], gdzie omówiono zadanie optymalizacji sprężystoplastycznych płyt obciążonych w swojej płaszczyźnie. Układ pracy jest następujący. W rozdziale 2 wyprowadzono wzory transformacyjne zginania pręta z węzłami podatnymi rozmieszczonymi na obu krańcach oraz sformułowano wariacyjne zagadnienie równowagi polegające na minimalizacji energii komplementarnej z ograniczeniami wartości momentów w węzłach podatnych zgodnie z przyjętym warunkiem uplastycznienia. Następnie, rozszerzono rozważania na przypadek ram z dowolną liczbą prętów. W rozdziale 3 omówiono przypadek pręta poddanego działaniu dużej siły ściskającej. Treścią rozdziału 4 są wnioski z pracy. Główne spostrzeżenie dotyczy możliwości, jakie niesie ze sobą wariacyjne sformułowanie zadania minimum energii komplementarnej. Rozszerzenie tego ujęcia na przypadek konstrukcji wieloprętowych z węzłami pracującymi w pełnym zakresie sprężystoplastyczności wymaga zastosowania metod algebraizacji równań równowagi. To zadanie jest możliwe do wykonania wobec możliwości oferowanych przez algorytmy programowania skończenia elementowego. Ponadto możliwe jest opracowanie metody numerycznej minimalizacji funkcjonału energii komplementarnej w ramach programowania wypukłego. Do takiego wniosku skłania fakt, że funkcjonał energii i funkcje ograniczające definiują zbiory wypukłe. Inną realną perspektywą jest sformułowanie i rozwiązanie zadania optymalnego projektowania ram ze sprężystoplastycznymi węzłami podatnymi. Ten wątek był poruszony w pracy [15] jedynie w zakresie sprężystej odpowiedzi węzłów. Interesującym zagadnieniem z zakresu stateczności jest opis tzw. obszaru bezpiecznego, to jest zbioru wartości dwu lub więcej, jednocześnie działających sił osiowych niepowodujących wyboczenia konstrukcji.

8

Elastic buckling of a two-part beam on Winkler’s elastic foundation

Magnucki Krzysztof, Kędzia Piotr, Wstawska Iwona

Archive of Mechanical Engineering

|

2025

|

LXXII, nr 2

249–-269

EN

This paper is devoted to the behavior of an axially compressed two-part beam resting on elastic foundation. The beam was composed of two parts: rigid homogeneous part and sandwich three-layered part. The analytical model of the beam on the elastic foundation has been prepared. Winkler model has been assumed for the foundation description. Moreover, original function of deflection has been introduced and employed by the authors. The critical loads as a function of geometric and mechanical properties of the two-part beam and the parameters of Winkler’s foundation were calculated. In addition, numerical analysis has been performed. Sample analytical and numerical calculations have been carried out, demonstrating good compatibility between the results attained with both models. The numerical analysis included the critical loads calculations for the beam with and without the elastic foundation. In both cases, the difference between analytical and numerical values of the critical loads did not exceed 8%.

9

Projektowanie wiat samochodowych z panelami fotowoltaicznymi ze względu na globalną stateczność konstrukcji

Kiljan Artur, Kowalski Marcin

Przegląd Budowlany

|

2024

|

R. 95, nr 4

78--81

PL

W artykule przedstawiono wybrane zagadnienia projektowania małych i lekkich wiat parkingowych (carportów) z panelami fotowoltaicznymi. Problematyką objęto przepisy prawne związane z budową takich obiektów oraz projektowanie ich konstrukcji. Zagadnienia projektowe przedstawiono na przykładzie małej wiaty stalowej. Szczególną uwagę kieruje się w nich na problem stateczności globalnej wiaty pod wpływem obciążeń wiatrem.

EN

The article presents selected issues of designing small and light sheds (carports) with photovoltaic panels. The issues covered legal regulations related to the construction of such objects and the design of their structures. Design issues are presented on the example of a small steel shed. Particular attention is paid to the problem of the global stability of the shed under the influence of wind loads.

10

Analiza stateczności pontonu w zależności od konstrukcji budynku pływającego

Trzcińska Klaudia, Szymczak-Graczyk Anna, Ksit Barbara

Materiały Budowlane

|

2024

|

nr 2

86--88

11

An influence of column inclination on the work of plane bar structural systems supporting shed roof sheeting

Chrzanowska Katarzyna

Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury / Journal of Civil Engineering, Environment and Architecture

|

2024

|

Vol. 71

67--81

EN

The article presents the results of an analysis concerning changes in strength and stability of flat tubular rigid frame structural systems of sheds caused by changes in their geometric forms. In the considered cases, the examined shape changes consist in changing the inclination of the frame’s columns to the vertical, with their bases shifted inside and outside the systems. This is how a few derivative frame systems of special trapezial forms are created in relation to the basic rectangular frame characterized by vertical single-branch columns and a horizontal lattice girder. The specificity of the loads imposed on the flat systems is fastening of each roof cladding with each corrugation to the upper chord of the considered frame girder. Thus, the imposed load should be considered as a uniform distribution over the entire length of the chord. The presented results are to be used in the next steps of the research, where the flat transverse frame systems changing their shapes along the length of a building are to be analysed. The obtained results are going to be implemented in a future method for parametric shaping of unconventional forms of buildings and their optimized structural systems. The elaborated structures constitute a certain uniform area of analysis of flat lattice girders, selected from a large number of areas analysed or planned for research, including related to oblique lattice girders or frames with diversified static schemes.

12

Application of the Rayleigh quotient method in the analysis of stability of straight elastic bars

Czubacki Radosław, Lewiński Tomasz

Archives of Civil Engineering

|

2024

|

Vol. 70, nr 4

85--98

EN

The paper deals with stability problems of straight elastic bars made of a homogenous isotropic material. The approach concerns both the bars of compact cross-sections and of thin-walled cross-sections, the transverse distortions being neglected. The stability analysis method developed for thin-walled bars in the paper: L. Zhang and G.S. Tong, “Flexural-torsional buckling of thin-walled beam members based on shell buckling theory”, Thin-Walled Structures, vol. 42 (2004), pp. 1665-1687 is here extended to the bars whose deformations obey the assumptions of the Vlasov-like theory. The approach proposed makes it possible to assess the values of critical loads causing: axial forces, bending moments, transverse forces and torques, possibly simultaneously. The main task is to perform maximization of the relevant Rayleigh quotient; its form is given for all rational shapes of the bar’s cross section. The paper shows how to assess critical axial buckling loads and lateral buckling loads of straight elastic bars made of a homogenous isotropic material.

PL

W pracy korzystamy z faktu, że teoria Własowa prętów cienkościennych o przekrojach otwartych została rozszerzona do postaci teorii typu Własowa odnoszącej się do praktycznie dowolnych kształtów profili pod warunkiem, że profile te nie doznają dystorsji poprzecznych przy typowych obciążeniach pręta. Struktura matematyczna modelu typu Własowa jest zgodna z oryginalnym modelem Własowa, natomiast charakterystyki przekrojowe są obliczane za pomocą innych formuł, które wymagają uprzedniego rozwiązania trzech pomocniczych zadań eliptycznych na obszarze określonym przez przekrój poprzeczny pręta. Ponadto zupełnie inne są wtedy formuły obliczania składowych stanu naprężenia na podstawie rozwiązań w ramach opisu jednowymiarowego, czyli całkowicie inny jest tzw. postprocessing tej metody. Matematyczna analogia między dwoma modelami teorio-prętowymi: Własowa i typu Własowa otwiera drogę do konstruktywnego rozwiązywania zadań stateczności: opisu wyboczenia giętno-skrętnego, wyboczenia od obciążeń skrętnych oraz zwichrzenia przy różnych możliwych warunkach brzegowych. Znane zadania stateczności prętów cienkościennych o przekrojach otwartych mogą być teraz uogólnione na przypadek prętów o dowolnych przekrojach zwartych, także niejednospójnych. Szczególnego znaczenia nabiera tu metoda maksymalizacji ilorazu Rayleigha, gdyż maksimum jest brane po trzech polach jednowymiarowych (dwa pola przemieszczeń i pole rozkładu kąta skręcenia), które spełniają warunki kinematyczne, są więc niezależne od nieznanego obciążenia krytycznego. Podkreślmy, że właśnie w tym tkwi istota metody ilorazu Rayleigha. W pracy podane są jawne postacie ilorazów Rayleigha odnoszące się do wybranych postaci obciążeń. Formuły te mają postać podobną do formuł z publikacji: L. Zhang, G.S. Tong, “Flexural-torsional buckling of thin-walled beam members based on shell buckling theory”, Thin-Walled Structures, vol. 42, pp. 1665-1687, 2004, dotyczącej teorii prętów Własowa o przekroju otwartym. Podane są metody maksymalizacji ilorazów Rayleigha zapewniające dowolnie wysoką dokładność wyników. Opracowana metoda dotyczy dowolnych warunków podparcia, jednakże porównania przeprowadzono w przypadku standardowych zadań stateczności prętów podpartych widełkowo (z blachami czołowymi które wprowadzają więzy dotyczące spaczenia od skręcania), których wyniki są znane i akceptowane.

13

Study of Compensation Room Impacts on the Massіf Stability and Mined Ore Mass Quality

Stupnik Mykola, Fedko Mykhaylo, Hryshchenko Mykhaylo, Kalinichenko Olena, Kalinichenko Vsevolod

Inżynieria Mineralna

|

2023

|

no. 1

129--135

EN

The paper presents the study and a functional analysis of requirements of the world metallurgical industry to the quality of underground iron ores at underground mines of Ukraine. There are found dependencies of the impact of the shape and parameters of compensation spaces on their stability and broken ore quality indicators. It is proved that a vertical trapezoidal compensation room possesses the highest stability and is stable within the range of all the considered depths, even in ores with hardness of 3–5 points. Less atabiity is demonstrated by a vertical compensation room of a vaulted shape with minor falls in the abutment of the room vault in ores with hardness of 3–5 points at the depth of 2000 m, and a tent-shaped one where falls of varying intensity occur in the lower part of inclined exposures of the tent in ores with hardness of 3–5 points at the depth of 1750 m or more. The horizontal compensation room is of the lowest stability; falls occur in ores with hardness of 3–5 points at the depth of 1400 m, and at the depths of 1750–2000 m it remains stable only in harder ores. It is established that the use of compensation rooms of high stability makes it possible to achieve their maximum volume, increase the amount of pure ore extracted, reduce its dilution, enhance the quality of the mined ore mass and concequently increase its price and competitiveness of marketable products.

PL

Artykuł przedstawia studium i analizę funkcjonalną wymagań światowego przemysłu metalurgicznego co do jakości rud żelaza w podziemnych kopalniach Ukrainy. Stwierdzono zależności wpływu kształtu i parametrów przestrzeni kompensacyjnych na ich stateczność i wskaźniki jakości rudy. Udowodniono, że komora wyrównawcza w kształcie trapezu pionowego charakteryzuje się największą stabilnością i jest stabilna w zakresie wszystkich rozważanych głębokości, nawet w rudach o twardości 3–5 punktów. Mniejszą stateczność wykazuje komora kompensacji pionowej o kształcie sklepionym z niewielkimi spadkami w przyczółku sklepienia komory w rudach o twardości 3–5 punktów na głębokości 2000 m. Komora z opadami o rożnym natężeniu występuje w dolnej części nachylonych odsłonięć namiotu w rudach o twardości 3–5 punktów na głębokości 1750 m lub większej. Pomieszczenie kompensacji poziomej ma najmniejszą stateczność; spadki występują w rudach o twardości 3–5 punktów na głębokości 1400 m, a na głębokościach 1750–2000 m pozostają stabilne tylko w rudach twardszych. Stwierdzono, że zastosowanie komór kompensacyjnych o dużej stabilności umożliwia osiągnięcie ich maksymalnej objętości, zwiększenie ilości wydobywanej czystej rudy, zmniejszenie jej rozrzedzenia, poprawę jakości wydobywanej masy rudy, a co za tym idzie, wzrost jej ceny i konkurencyjności rynkowej.

14

Niejednoznaczność określania długości wyboczeniowych słupów stalowych ram portalowych

Studziński Robert, Ordziniak Paweł

Inżynieria i Budownictwo

|

2023

|

R. 79, nr 3-4

191--196

PL

W artykule omówiono różne sposoby wyznaczania długości wyboczeniowej słupów stalowych ram portalowych. Rozważania ograniczono do wyboczenia ramy w płaszczyźnie, w której jest ona układem przechyłowym. Przedstawiono i porównano ze sobą łącznie trzy sposoby określania długości wyboczeniowej. Na koniec przeprowadzono uproszczoną ocenę wpływu wielkości długości wyboczeniowej na poziom wytężenia słupa ramy portalowej.

EN

The article discusses various ways of determining the column buckling length of steel portal frames. Considerations were limited to in-plane buckling of the frame in which the frame is characterized as a sway. A total of three methods of determining the buckling length are presented and compared. Finally, a simplified evaluation of the effect of buckling length on the utilization ratio of the column was carried out.

15

Landslide triggered by small excavation – numerical simulations

Grodecki Michał

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 4

293--301

EN

The main objective of this work is to present the results of numerical simulations of the landslide triggered by small excavation. In south-eastern Poland in 2019, during excavation for a gas pipeline (relatively small – maximal depth 2.7 m), a landslide was observed. Length of the landslide was about 80 m, width about 50 m, maximal depth 6.5 m. Excavation was partially buried. Observed cracks of the terrain surface were wide, up to 0.8 m. Stability of the landslide was analyzed using the proportional reduction of the soil strength parameters (c-fi reduction) algorithm with the use of ZSoil.PC Finite Element Method (FEM) system. Stability analysis of the slope before and after excavation was performed, together with analysis of the tendency of the landslide to propagate upwards. The obtained stability loss modes were compared with the results of the field observations and a good correlation was noticed. Hypothesis that a landslide was triggered by small excavation was proved (although reasonable margin of safety was obtained for state before excavation, stability factor SF = 1.60). Use of residual soil strength parameters (instead of peak ones) and activation of cut-off (no tension) condition are advised. Presented methodology is open and can be used in engineering practice.

PL

Artykuł przedstawia wyniki symulacji numerycznych osuwiska wywołanego przez mały wykop. W południowo-wschodniej Polsce w 2019 r. w czasie wykopów związanych z wykonywaniem gazociągu (niewielkich, o maksymalnej głębokości 2.7 m) doszło do powstania osuwiska. Długość osuwiska wynosiła około 80 m, szerokość około 50 m, maksymalna głębokość 6.5 m. Wykop został częściowo zasypany przez osuwający się grunt. Zaobserwowano szerokie pęknięcia powierzchni terenu, o szerokości do 80 cm. Stateczność osuwiska analizowano z wykorzystaniem metody proporcjonalnej redukcji parametrów wytrzymałościowych gruntu (c-φ redukcji). Obliczenia wykonano za pomocą systemu Metody Elementów Skończonych (MES) ZSoil.PC. Analizowano stateczność zbocza przed i po wykonaniu wykopu oraz tendencję osuwiska do dalszej propagacji w górę stoku. Uzyskane mechanizmy utraty stateczności porównano z wynikami obserwacji terenowych i stwierdzono dobrą zgodność. Hipoteza, że osuwisko zostało spowodowane przez mały wykop została potwierdzona (mimo że w stanie przed wykonaniem wykopu zbocze posiadało wysoki współczynnik stateczności wynoszący 1.60). Zaleca się wykorzystywanie w obliczeniach stateczności rezydualnych wartości parametrów wytrzymałościowych gruntu oraz wykorzystanie warunku cut-off (oznaczającego brak wytrzymałości gruntu na rozciąganie). Prezentowana metodologia może być wykorzystana w praktyce inżynierskiej.

16

Investigating the causes of stope instability at Golden Valley Mine

Sabao Ashley Ruvimbo, Munemo Prosper, Kolapo Peter

Journal of Sustainable Mining

|

2022

|

Vol. 21, iss. 2

128--140

EN

The study is based on mining operations that are concentrated in a ground exposed to flooding with varying stope dimensions. Stope stability was assessed in the four stopes, which resembled the mine’s different ground conditions using the stability graph complemented by the equivalent linear over break slough (ELOS) stability approach. The stability graph showed that the stopes in rock masses exposed to flooding fell in the potentially unstable and caving zones whereas the ones that were not affected by flooding fell in the stable zones. The ELOS approach showed that mining the previously flooded rock masses resulted in high over-breaks in the stopes despite them having smaller hydraulic radii. Therefore, it was deduced that although stope extension plays a part in the over-breaks experienced in different stopes, it is not the main cause of the overall stope instability. The results confirm the supposition that over-break is largely controlled by pore pressure than it is by blast induced stresses. Continuous implementation of the old support systems was no longer compatible with the state of the ground conditions. Hence, the mine should implement 6 × 8 m pillars, which have an acceptable factor of safety against failure.

17

Assessment of the Stability State and the Risk of Landslides within Berbești Mining Basin (Romania) Post Closure

Faur Florin, Lazar Maria, Apostu Izabela-Maria, Rada Constantin, Moisuc-Hojda Daniel

Inżynieria Mineralna

|

2022

|

no. 2

59--70

EN

Berbești mining basin, located in the area of the Getic Subcarpathians, is part of the Central Heating Power Plant (CHPP) Govora, in fact representing the mining division, and has four open pits: Alunu, Olteț, Panga, and West Berbești. Given that, at least in Europe, there is the issue of giving up energy production based on the burning of fossil fuels, especially coal, the four open pits will be in operation for a relatively short period of time, and one of the major problems related to the exploitation of lignite deposits is that of the post-closure stability of the lands in the influence area. The research was conducted in such a way as to take into account in the stability analysis the factors and natural causes that predispose the lands in the Getic Subcarpathians to landslides, factors and anthropogenic causes (lignite mining) and the effect of their concomitant action. These stability analyzes took into account different hypotheses related to the geometry of the final slopes and the influence of external factors. Also, a predictive analysis of the long-term stability of the lands (especially the final slopes of the open pits – as they were designed) was carried out, taking into account the behavior over time of the disturbed rocks. Based on the results obtained, after a series of statistical processing, a risk analysis was performed, using a methodology developed by a part of the research team. It should be noted from the outset that the research focused on the West Berbești and Panga mining perimeters, as the lignite mining activity will be completed by the end of 2022 (at most). However, taking into account the similar conditions (geology, morphology, tectonics, seismic zoning, weather and climatic conditions, applied exploitation methods), the research team considers that a significant part of the conclusions and recommendations contained in this study can be considered valid and for the rest of the active perimeters (Alunu and Olteț open pits). In this context, the study ends with a series of conclusions on the stability of land in the Berbești mining basin (West Berbești and Panga perimeters) at the time of cessation of productive activities and recommendations that once put into practice will ensure longterm land stability.

PL

Zagłębie Górnicze Berbești, położone na obszarze Podkarpacia Getyckiego, jest częścią Zagłębia Centralnego (EC) Govora, posiada cztery odkrywki: Alunu, Olteț, Panga i West Berbești. Biorąc pod uwagę, że w Europie istnieje koncepcja rezygnacji z produkcji energii w oparciu o spalanie paliw kopalnych, zwłaszcza węgla, relatywnie krótko funkcjonować będą cztery odkrywki. Jednym z głównych problemów związanych z eksploatacją złóż węgla brunatnego jest stabilność gruntów na obszarze górniczym po zamknięciu eksploatacji. Badania przeprowadzono w taki sposób, aby uwzględnić w analizie stateczności czynniki i przyczyny naturalne, tenedencje terenów Podkarpacia Getyckiego do osuwisk, czynników i przyczyn antropogenicznych (wydobycie węgla brunatnego) oraz skutków oddziaływań towarzyszących. Analizy stateczności uwzględniały różne hipotezy związane z geometrią zboczy i wpływem czynników zewnętrznych. Przeprowadzono także analizę predykcyjną długoterminowej stabilności gruntów (zwłaszcza końcowych zboczy odkrywek) z uwzględnieniem zachowania się gruntów w czasie. Na podstawie uzyskanych wyników, po wykonaniu serii analiz statystycznych przeprowadzono analizę ryzyka, wykorzystując metodologię opracowaną przez część zespołu badawczego. Na wstępie należy zaznaczyć, że badania koncentrowały się na obszarach wydobywczych West Berbești i Panga, ponieważ wydobycie węgla brunatnego zostanie zakończone do końca 2022 roku. Biorąc jednak pod uwagę podobne warunki (geologia, morfologia, tektonika, strefy sejsmiczne, warunki pogodowe i klimatyczne, zastosowanych metod eksploatacji), zespół badawczy uważa, że znaczna część zawartych wniosków i rekomendacji w tym badaniu można uznać za ważne i dla pozostałych obszarów czynnych (odkrywki Alunu i Olteț). W tym kontekście opracowanie kończy się szeregiem wniosków dotyczących stabilności gruntów w zagłębiu górniczym Berbești (zachodnie Berbești i obwód Panga) w momencie zaprzestania działalności produkcyjnej oraz zalecenia, które po wprowadzeniu w życie zapewnią długoterminową stabilność gruntów.

18

Problemy z oceną jakości wykonania walcowych powłok stalowych

Hotała Eugeniusz, Kozikowski Damian

Builder

|

2022

|

R.26, nr 4

32--35

PL

Realne powłoki stalowe mają odchyłki od idealnego kształtu, które powstają przede wszystkim na etapie procesu spawania arkuszy blach. Dotychczasowe obserwacje i pomiary stalowych cylindrycznych powłok rzeczywistych pozwoliły na stworzenie modelu spawalniczej imperfekcji reprezentatywnej. Odchyłki od idealnej geometrii cylindrycznej powłoki w postaci promieniowych lokalnych wgłębień mierzone są w praktyce za pomocą przymiarów geometrycznych, których długość jest określona w wytycznych literaturowych i normowych. W pracy wykazano, że istniejące normowe oraz literaturowe zasady oceny klasy jakości wykonania powłok i wynikające z takich ocen wartości nośności wyboczeniowych mogą w wielu przypadkach dawać znacznie zaniżone wartości w stosunku do realnych nośności, wyznaczonych na podstawie indywidualnych analiz GMNIA.

EN

Fabricated steel shells contain deviations from the ideal shape, which arise primarily during the sheet welding process. Previous observations and measurements of real steel cylindrical shells have made it possible to create a model of representative welding imperfection. Deviations from the ideal geometry of a cylindrical shell in the form of radial local indentations are measured in practice using geometric gauges, the length of which is specified in literature and standard guidelines. It was shown in this paper that the existing standard and literature principles of shells fabrication quality class evaluation and the resulting buckling load values may in many cases give significantly lower values in relation to the real load capacity, determined on the basis of individual GMNIA analyses.

19

Mechanical aspects of wellbore stability in shales and coals

Szpunar Tadeusz, Budak Paweł

Nafta-Gaz

|

2021

|

R. 77, nr 7

446--453

EN

This paper presents a simple model which can be used to calculate the following values:  critical depth for which the well integrity is preserved in a shale or coal horizon with actual shale/coal mechanical parameters, actual mud density and reservoir parameters;  minimum mud density at which stress concentration at the wellbore wall is below the allowable limit for a given rock’s mechanical parameters, formation pressure gradient, and overburden pressure gradient;  mud density required for the preservation of shale/coal integrity at the wellbore wall at any depth, assuming that the strength parameters of shale or coal, formation pressure gradient, and overburden pressure gradient are constant. The appropriate equations were derived using the maximum principal strain hypothesis, which holds for brittle materials. It was also assumed that the radial pressure at the borehole wall is caused by the weight of overburden rocks. The author’s intention was to provide formulas which are as simple as possible and which can be easily used in practice. The final equations were based on the solution to the Lame problem, which was adopted to represent a vertical drilling well with a circular cross-section and filled with mud whose hydrostatic pressure is assumed to oppose the pore pressure. Included are effects of silt swelling pressure, overburden pressure, mud density and the mechanical properties of the rock – including the unconfined compressive strength and Poisson’ s ratio. In the case of shale or silty coal layers, the swelling pressure increases the volume of the clay minerals in the pores by diffusion the mud filtrate, which reduces the pore volume and increases the pore pressure, and therefore impacts the calculations. Presented model allows for derivation of the Hubert–Willis formula for fracturing pressure or fracture pressure gradient, which are commonly used in the oil industry. The calculation results are presented using data from the domestic oil industry and data from one of the Polish coal mines.

PL

W artykule podano prosty model umożliwiający obliczenie następujących wielkości:  głębokości krytycznej, w jakiej pokład łupków lub węgla zachowa integralność przy danych parametrach mechanicznych łupku lub węgla, danej gęstości płuczki i znanych parametrach złożowych;  minimalnej gęstości płuczki, przy której koncentracja naprężeń na ścianie otworu nie przekracza granicy dopuszczalnej dla danych parametrów mechanicznych łupku lub węgla oraz gradientu ciśnienia i nadkładu;  gęstości płuczki, przy której zachowana będzie integralność ścian otworu w warstwach łupku lub węgla w każdej głębokości dla danych parametrów mechanicznych łupku, przy stałym gradiencie ciśnienia i nadkładu. Wyprowadzono odpowiednie wzory, przyjmując hipotezę wytrzymałościową maksymalnego wytężenia materiału stosowaną w przypadku materiałów kruchych. Przyjęto również, że przy założeniu odkształceń sprężystych ciśnienie radialne na ścianie otworu jest spowodowane ciężarem skał nadkładu. Intencją autorów było podanie możliwie jak najprostszych wzorów, które mogłyby zostać zastosowane w praktyce. Wykorzystano rozwiązania tzw. problemu Lamégo, to jest rozpatrywano stan naprężeń na ścianie pionowego wyrobiska o przekroju kołowym, traktując skałę jako materiał sprężysty. We wzorach na wielkość naprężeń na ścianie wyrobiska o przekroju w kształcie okręgu uwzględniono wpływ ciśnienia pęcznienia, ciśnienia wywieranego przez nadkład, gęstość płuczki, jak również parametry wytrzymałościowe łupku/węgla, w tym wytrzymałość na ściskanie w jednoosiowym stanie naprężeń i współczynnik Poissona. W przypadku warstw łupków lub węgli zailonych ciśnienie pęcznienia powoduje zwiększenie objętości minerałów ilastych w porach w wyniku dyfuzji filtratu płuczki, co zmniejsza objętość porów i zwiększa ciśnienie porowe, a zatem wpływa na wyniki obliczeń. Przedstawiony model pozwala na wyprowadzenie z niego powszechnie stosowanego w przemyśle wzoru Huberta–Willisa, podającego wielkość ciśnienia szczelinowania skał na ścianie otworu oraz gradientu ciśnienia szczelinowania. Przedstawiono wyniki obliczeń dla danych z otworów z krajowego przemysłu naftowego oraz jednej z polskich kopalni węgla kamiennego.

20

Wpływ sztywności podparcia na stateczność zginanych belek cienkościennych

Ciesielczyk Katarzyna, Studziński Robert

Inżynieria i Budownictwo

|

2021

|

R. 77, nr 5-6

219--223

PL

Przedstawiono analizę wpływu sztywności podparcia na stateczność zginanych belek cienkościennych. Rozważono podpory bez usztywnienia oraz podpory usztywnione za pomocą żeberek. Wykonano analizy numeryczne i badania laboratoryjne.

EN

The paper investigates how the flexural stiffness of the support cleats influences on the thin-walled beams stability. The article considers two different types of support cleats: cleats without ribs and cleats stiffened by ribs. The numerical analyses of different types of the support cleats were performed. The numerical model was validated with laboratory experiment.