Icing Effect on Steel Bar Structures

• Autorzy: Szymczak-Graczyk A.

Warianty tytułu

PL

Oddziaływanie oblodzeniem na stalowe konstrukcje prętowe

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Progressive changes in climate have been substantially contributing to the occurrence of abnormal environmental loads acting on building structures. These loads are often the cause of construction disasters occurring in the world. Therefore, it is of crucial importance to properly determine loads acting on the exposed structures and to include the most unfavourable combination of actions. Ice load is classified as an environmental variable. It is imprecisely defined in the Polish standards for structural design. The paper refers to the Polish standards: PN-87/B-02013 Loads on structures. Variable environmental loads. Ice load, PN-EN 1993-3-1:2008 Eurocode 3: Design of steel structures Part 1-1: Towers, masts and chimneys. Towers and masts, PN-EN 1993-3-2:2008 Eurocode 3: Design of steel structures 3-2: Towers, masts and chimneys – chimneys as well as international standards: ISO 12494:2017 Atmospheric Icing of Structures and Minimum design loads for buildings and other structures, ASCE Standards ASCEISEI 7-05, 2006. Since there is no separate Eurocode for ice action at present, it has been proposed to follow the rules for determining the action when designing a structure compliant with the standards listed above. The general difficulty in applying international regulations lies in the language barrier affecting some of designers or simply in the lack of detailed data for Poland. The Act of 12 September 2002 on normalisation abolished the obligatory application of standards in building design, contributing to their voluntary use. Therefore, it is the designer who decides whether or not to implement a given standard. Steel structures, particularly bars and structures with small cross-sections exposed to atmospheric conditions are affected by icing. Hydraulic steel structures are also exposed to a number of actions, including icing. Ice load is dominant, while wind load is an accompanying phenomena. The paper presents the combinations of atmospheric interactions describing wind and ice loads. It also points out that for structures sensitive to ice action, it is highly recommended to learn from the experience of the electricity industry. Overhead power lines, as well as traction lines, may use certain technical solutions to monitor their operation under adverse atmospheric conditions. In support of the arguments put forward, the article contains a calculation example illustrating the effect of icing on a steel bar element. The authors compared a percentage increase in weight of the bar with icing in the ratio to self-weight of the bar. The analysis was conducted in compliance with the following standards: ISO 12494, N-87/B-02013 and ASCEISEI 7-05, 2006. The paper is an introduction to further broader reflections on the effect of icing on particularly vulnerable structures such as truss systems, power poles, steel bracings and other unprotected engineering elements, which during use are exposed to direct impact of weather conditions. Additionally, it draws attention to the problem of ambiguity of legal provisions regarding the icing effect that are to be applied in structural design.

PL

Postępujące zmiany klimatyczne przyczyniają się do występowania ponad normatywnych obciążeń środowiskowych działających na konstrukcje budowlane. Obciążenia te są często przyczyną występujących na świecie katastrof budowlanych. Dlatego bardzo ważne jest właściwe określanie działających na obiekt budowlany obciążeń jak również przyjęcia najbardziej niekorzystnej kombinacji działających oddziaływań. Oddziaływanie oblodzeniem jest zaliczane do obciążeń zmiennych środowiskowych. Jest ono nie precyzyjnie określone w polskich przepisach normowych dotyczących projektowania konstrukcji. W pracy odniesiono się do norm polskich: PN-87/B-02013 Obciążenie budowli. Obciążenia zmienne środowiskowe. Obciążenie oblodzeniem, PN-EN 1993-3-1:2008 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych Część 1-1: Wieże, maszty i kominy. Wieże i maszty, PN-EN 1993-3-2:2008 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych Część 3-2: Wieże, maszty i kominy – kominy oraz norm międzynarodowych: ISO 12494:2017 Atmospheric Icing of Structures i Minimum design loads for buildings and other structures, ASCE Standards ASCEISEI 7-05, 2006. Ponieważ na dzień dzisiejszy nie istnieje oddzielny Eurokod dotyczący oddziaływania oblodzeniem, zaproponowano zasady określania tego oddziaływania podczas projektowania konstrukcji stosując wymienione normy. Trudność stosowania norm międzynarodowych wiąże się z barierą językową projektantów lub po prostu brakiem szczegółowych danych dla Polski. Ustawa z dnia 12 września 2002 r. o normalizacji zniosła obligatoryjność stosowania norm przy projektowaniu obiektów budowlanych, przyczyniając się do dobrowolności ich stosowania. Zatem decyzji projektanta pozostawiono, według których norm wykonuje projekt lub czy w ogóle z nich skorzysta. Konstrukcje stalowe, szczególnie prętowe i o niewielkich polach przekroju, narażone na wpływy atmosferyczne podlegają oddziaływaniu oblodzeniem. Również stalowe konstrukcje hydrotechniczne narażone są na szereg oddziaływań, w tym także na obciążenie oblodzeniem. Oddziaływaniem towarzyszącym oblodzeniu jest oddziaływanie wiatrem. W pracy pokazano kombinacje oddziaływań atmosferycznych dotyczące obciążeń wiatrem i oblodzeniem. Wskazano, że dla konstrukcji wrażliwych na oblodzenie warto korzystać z doświadczeń przemysłu elektroenergetycznego. W napowietrznych liniach elektroenergetycznych jak również sieciach trakcyjnych można stosować pewne rozwiązania techniczne umożliwiające monitoring ich stanu w niekorzystnych warunkach atmosferycznych. W artykule zamieszczono przykład obliczeniowy obrazujący wpływ oddziaływania oblodzeniem dla stalowego elementu prętowego. Porównano między innymi procentowy przyrost ciężaru pręta z oblodzeniem w stosunku do ciężaru własnego pręta. Analizę wykonano dla następujących norm: ISO 12494:2017, PN-87/B-02013 i ASCEISEI 7-05, 2006. Praca stanowi wstęp do dalszych szerszych rozważań nad uwzględnieniem oddziaływania oblodzeniem dla konstrukcji szczególnie narażonych takich jak kratownice wiat, słupy elektroenergetyczne, prętowe konstrukcje stężeń i inne konstrukcje obiektów nieosłoniętych, które podczas użytkowania narażone są na bezpośredni wpływ warunków atmosferycznych. W pracy zwrócono uwagę na problem niejednoznaczności przepisów prawnych dotyczących oddziaływania oblodzeniem podczas projektowania konstrukcji.

Słowa kluczowe

EN

ice action; load combinations; steel bar; flat valve; Polish standard; European standard

PL

oddziaływanie oblodzeniem; kombinacje obciążeń; stalowy element prętowy; zasuwa płaska; norma polska; norma europejska

• Wydawca: Politechnika Koszalińska
• Czasopismo: Rocznik Ochrona Środowiska
• Rocznik: 2018
• Tom: Tom 20, cz. 1
• Strony: 934--947
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., tab., rys.

Twórcy

autor

Szymczak-Graczyk A.

• Poznań University of Life Sciences

Bibliografia

• 1. Czaplińska, J. (2016). Icing load under the relevant legislation on the example of the steel truss. Engineer thesis, University of Life Sciences in Poznań, thesis promoter PhD, Eng Anna Szymczak-Graczyk.
• 2. El-Reedy, M. A. (2010). Construction Management and Design of Industrial Concrete and Steel Structures. Boca raton, London, New York. CRC Press, Taylor&Francis Group.
• 3. Farzaneh, M. (2008). Atmospheric Icing of Power Networks. University of Quebec, Canada. Springer.
• 4. Fikke, S., Ronsten, G., Heimo, A., Kunz, S., Ostrozlik, M., Persson, P-E., Sabata, J., Wareing, B., Wichura, B., Chum, J., Laakso, T., Säntti, K., Makkonen, L. (2007). COST 727: Atmospheric Icing on Structures. Measurements and data collection on icing. State of the Art. Bundesamt für Meteorologie und Klimatologie, MeteoSchweiz, Zürich.
• 5. ISO 12494:2017 Atmospheric Icing of Structures.
• 6. Maciołek, T., Szeląg, A. (2016). Methods of reducing the negative influence of weather phenomena, icing in particular, on the operation of an overhead catenary. Rocznik Ochrona Śrdowiska, 18, 640-651.
• 7. McComber, P., Druez, J., Bouchard, D., Falgueyret, A. (1987). Atmospheric icing load measurements on a cable using the end tension. Cold Regions Science and Technology, 13, 131-141.
• 8. Minimum design loads for buildings and other structures, ASCE Standards ASCEISEI 7-05, 2006.
• 9. PN-87/B-02013 Loads on structures. Variable environmental loads. Ice load.
• 10. PN-EN 1993-3-1:2008 Eurocode 3: Design of steel structures Part 3-1: Towers, masts and chimneys – towers and masts.
• 11. PN-EN 1993-3-2:2008 Eurocode 3: Design of steel structures Part 3-2: Towers, masts and chimneys – chimneys.
• 12. Qimao, L., Peng, L., Qing, Z., Wenping, R., Min, C. (2011). Icing load prediction for overhead power lines based on SVM. Modelling, Identification and Control (ICMIC), Proceedings of 2011 International Conference on Shanghai, 104-108.
• 13. Rawska-Skotniczny, A. (2014). Loads on buildings and building structures according to Eurocodes. Warsaw, PWN.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).