Procedure of Building and Analysis of the Information Database of the Resistance of Existing Bridge Structures to Mining Tremors

• Autorzy: Rusek J.

Identyfikatory

DOI

10.7494/geom.2017.11.4.111

Warianty tytułu

PL

Procedura budowy i analiza bazy informacji o odporności istniejących obiektów mostowych na wstrząsy górnicze

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Mining tremors are one of the manifestations of negative impacts of the mining industry on the environment. In order to protect building structures against the damaging effects of ground vibrations, it is required that their dynamic resistance be determined. This problem is of particular importance for the existing bridge structures that were not designed for the potential occurrence of mining tremors. This paper presents the assumptions of and a method for acquiring data on the dynamic resistance of existing bridge structures located in mining areas as a result of numerical calculations using the Finite Element Method (FEM). Object resistance was described by the limit values of the acceleration of ground vibrations in the vertical and horizontal planes that can be carried by the existing structure without compromising safety. Taking into account the geometrical and material diversity, 3,000 numerical models of reinforced concrete overpasses were created. Then, for each object, numerical calculations using the FEM were performed, which resulted in the determination of permissible values of the acceleration of ground vibrations defining their dynamic resistance. The created database was subjected to a preliminary analysis in order to detect linear relationships binding the data that describe the geometry and material properties of individual structures with their dynamic resistance to the impact of mining tremors. As a result of these studies, variables were selected that formed the basis for creating a multiple linear regression model (MLR). Analysis of the obtained results allowed us to assess the possibilities of using linear models to determine the dynamic resistance of bridge structures subjected to mining tremors.

PL

Jednym z przejawów negatywnego wpływu działalności przemysłowej kopalń na środowisko są wstrząsy górnicze. Ochrona obiektów budowlanych przed szkodliwym działaniem wynikających stąd drgań podłoża gruntowego wymaga ustalenia ich odporności dynamicznej. Problem ten nabiera szczególnego znaczenia w przypadku istniejących obiektów mostowych, przy których projektowaniu nie uwzględniono możliwości wystąpienia wstrząsów górniczych. W pracy przedstawiono metodę pozyskiwana danych o odporności dynamicznej istniejących obiektów mostowych usytuowanych na terenach górniczy w wyniku obliczeń numerycznych metodą elementów skończonych (MES). Odporność obiektów opisano za pomocą granicznych wartości przyspieszeń drgań gruntu w płaszczyźnie pionowej i poziomej, które istniejąca konstrukcja może przejąć bez zagrożenia bezpieczeństwa. Uwzględniając zróżnicowanie geometryczne i materiałowe, utworzono 3000 modeli numerycznych żelbetowych mostów drogowych. Następnie w odniesieniu do każdego obiektu przeprowadzono obliczenia numeryczne MES, w wyniku których dla każdego przypadku wyznaczono dopuszczalne wartości przyspieszeń drgań gruntu określających ich odporność dynamiczną. Utworzoną bazę danych poddano wstępnej analizie w celu wykrycia linowych relacji wiążących dane opisujące geometrię i właściwości materiałowe poszczególnych obiektów z ich odpornością dynamiczną na wpływ wstrząsów górniczych. W efekcie tych badań wyselekcjonowano zmienne, na podstawie których utworzono model wielorakiej regresji liniowej (MLR). Analiza uzyskanych wyników pozwoliła ocenić możliwości stosowania modeli liniowych do ustalania odporności dynamicznej obiektów mostowych poddanych wstrząsom górniczym.

Słowa kluczowe

EN

FEM; dynamics of structures; MLR; mining tremors; dynamic resistance; bridges

PL

MES; dynamika budowli; MLR; wstrząsy górnicze; odporność dynamiczna; mosty

• Wydawca: AGH University of Science and Technology Press
• Czasopismo: Geomatics and Environmental Engineering
• Rocznik: 2017
• Tom: Vol. 11, no. 4
• Strony: 111--123
• Opis fizyczny: Bibliogr. 18 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Rusek J.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] ABAQUS: ABAQUS Documentation. Dassault Systemes. Providence, USA 2011.
• [2] Betti M., Galano L., Vignoli L.A.: Time-History Seismic Analysis of Masonry Buildings: A Comparison between Two Non-Linear Modelling Approaches. Buildings, vol. 5(2), 2015, pp. 597–621.
• [3] Chmielewski T., Zembaty Z.: Podstawy dynamiki budowli [The rudiments of the dynamics of structures]. Arkady, Warszawa 2006.
• [4] Cholewicki A., Kawulok M., Lipski Z., Szulc J.: Zasady ustalania obciążeń i sprawdzania stanów granicznych budynków zlokalizowanych na terenach górniczych w nawiązaniu do Eurokodów [Rules for determining the load and checking limit states of buildings located on mining areas in reference to the Eurocodes]. Instytut Techniki Budowlanej, Warszawa 2012.
• [5] Ciurej H., Rusek J.: Metodyka oceny odporności dynamicznej wybranych obiektów mostowych na terenie LGOM [Methodology of assessment dynamic resistance of selected bridges in LGOM]. Czasopismo Techniczne. Budownictwo, R. 103, z. 13-B, 2006, pp. 31–57.
• [6] Dulińska J., Zięba A.: Metody oceny wpływu wstrząsów górniczych na wybrane budowle wielkogabarytowe [Methods of assessing the impact of mining tremors on selected large-size structures]. Czasopismo Techniczne. Budownictwo, R. 107, z. 3-B, 2010, pp. 31–42.
• [7] Eurocode, C.E.N. European Committee for Standardization. Design of Structures for Earthquake Resistance 1998.
• [8] Eurocode, C.E.N. European Committee for Standardization. Basis of structural design 1990.
• [9] Kwiatek J.: Obiekty budowlane na terenach górniczych [Buildings in mining areas]. Wyd. 2 zm. i rozsz. Główny Instytut Górnictwa, Katowice 2007.
• [10] Madaj A., Wołowicki W.: Projektowanie mostów betonowych [Design of concrete bridges]. Wydawnictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2010.
• [11] Majcherczyk T., Tatara T., Wałach D.: Wpływ drgań powierzchniowych wywołanych wstrząsami górniczymi na konstrukcje wież szybowych [The influence of surface vibrations caused by mining tremors on structures towers shaft]. WUG: Bezpieczeństwo Pracy i Ochrona Środowiska w Górnictwie, nr 6, 2005, pp. 21–23.
• [12] Pachla F., Tatara T.: Odporność dynamiczna obiektów infrastruktury drogowej i sportowej na wybranym obszarze GZW [Resistance dynamic road infrastructure and sports on a selected area of Upper Silesian Coal Basin]. Przegląd Górniczy, t. 71, nr 10, 2015, pp. 42–50.
• [13] Python Software Foundation. Python Language Reference, version 2.7, [on-line:] http://www.python.org., 2016 [access: 18.09.2017].
• [14] Rusek J.: Proposal evaluation of dynamic resistance of the existing reinforced concrete slab viaduct to the impact of mining tremors. Czasopismo Inżynierii Lądowej, Środowiska i Architektury, t. 34, z., 2017, pp. 469–485.
• [15] Tatara T.: Odporność dynamiczna obiektów budowlanych w warunkach wstrząsów górniczych [Dynamic resistance of buildings in terms of mining tremors]. Wyd. Politechniki Krakowskiej im. Tadeusza Kościuszki, Kraków 2012.
• [16] Tatara T.: Proponowane kierunki dalszej modyfikacji skali GSI-GZW/KW [Proposed directions for further modification of the GSI–GZW/KW scale]. Przegląd Górniczy, t. 69, nr 11, 2013, pp. 17–24.
• [17] Wodyński A.: Zużycie techniczne budynków na terenach górniczych [Technical wear of buildings in mining areas]. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków 2007.
• [18] Zembaty Z., Kokot S.: Adaptacja sejsmicznych norm projektowania konstrukcji do ujęcia wpływu wstrząsów górniczych na budowle [Adaptation of seismic design standards structure to include the impact of mining tremors on buildings]. Przegląd Górniczy, t. 70, nr 6, 2014, pp. 72–77.