Inverse analysis as a key element of safety assessment under the snow load for the large suspension roofs structure

• Autorzy: Zoltowski K. , Drawc M.

Identyfikatory

DOI

10.24425/ace.2020.131815

Warianty tytułu

PL

Rozwiązanie problemu odwrotnego jako kluczowy element oceny bezpieczeństwa pod obciążeniem śniegiem dla dużego zadaszenia wiszącego

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents a concept and realization of monitoring system for the Silesian Stadium in Chorzow. The idea of the system lies in fusion of structure monitoring with a calibrated numerical FEM model [1]. The inverse problem is solved. On the base of measured selected displacements, the numerical FEM model of the structure combined with iterative method, develops the current snow load distribution. Knowing the load, we can calculate the forces and stresses in each element of the structure and thanks to this we can determine the safety thresholds and asses the owner. Test results and conclusions are presented.

PL

Stadion Śląski w Chorzowie (60 tys. widzów) został ostatecznie przykryty jednym z największych dachów w Europie (powierzchnia - 43 tys. m2). Wisząca konstrukcja sprężona jest bardzo lekka i podatna (rys. 1). Śnieg jest głównym obciążeniem, a jego wpływ na bezpieczeństwo konstrukcji jest dominujący. Wojewoda Śląski, mając na uwadze tragiczną katastrofę w styczniu 2006 r., kiedy konstrukcja hali wystawowej zawiodła pod obciążeniem śniegowym, zabijając 65 osób, nakazał zapobiegać nieoczekiwanemu obciążeniu konstrukcji dachu. Usuwanie śniegu z dachu jest standardowym działaniem zimowym. Jednak ze względu na delikatne poszycie dachu każde odśnieżanie należy wykonywać ręcznie. Jest to niebezpieczne dla pracowników, a ponadto niekompetentne odśnieżanie może spowodować uszkodzenie powierzchni dachu poliwęglanowego. Wg instrukcji należy wyczyścić 20 tys. m2. Dlatego obciążenie śniegiem i rozkład śniegu na dachu to kluczowe informacje dla właściciela w kontekście bezpieczeństwa i działań utrzymaniowych. Odpowiednio zaprojektowany monitoring dachu może powiadomić o potencjalnych zagrożeniach i zabezpieczyć przed niepotrzebnym odśnieżaniem. W praktyce nie można przewidzieć rzeczywistej wartości i rozkładu obciążenia śniegiem na tak rozległym obszarze ze względu na wiele losowych parametrów, takich jak kierunek i natężenie wiatru, temperatura i ogólna pogoda. Ponieważ nie jesteśmy w stanie przewidzieć obciążenia śniegiem (wartości i rozkładu), nie możemy wskazać miejsca na konstrukcji, które będzie reprezentatywne dla oceny bezpieczeństwa. Dodatkowo konstrukcja cechuje się silną nieliniowością geometryczną. Proponowany system monitorowania rozwiązuje ten problem. Opracowano procedurę odwrotną. Na podstawie zmierzonych przemieszczeń identyfikowane jest obciążenie śniegiem i rozkład śniegu. Technika odwrotna jest popularna w systemach SHM. Metoda ta zasadniczo koncentruje się na identyfikacji potencjalnych uszkodzeń konstrukcji. Znane są wprawdzie zastosowania analizy odwrotnej do identyfikacji obciążenia. Niemniej jednak zdaniem autorów przedstawiona metoda identyfikacji obciążenia śniegiem na dużej, silnie geometrycznie nieliniowej konstrukcji dachu wiszącego nie była dotychczas stosowana.

Słowa kluczowe

EN

structural health monitoring; inverse problem; snow load; structure safety; FEM model

PL

monitorowanie konstrukcji; problem odwrotny; obciążenie śniegiem; bezpieczeństwo konstrukcji; model MES

• Wydawca: Komitet Inżynierii Lądowej i Wodnej PAN ; Politechnika Warszawska, Wydział Inżynierii Lądowej
• Czasopismo: Archives of Civil Engineering
• Rocznik: 2020
• Tom: Vol. 66, nr 2
• Strony: 369--383
• Opis fizyczny: Bibliogr. 14 poz., il., tab.

Twórcy

autor

Zoltowski K.

• Department of Rail Transport and Bridges, Gdańsk University of Technology, Gdańsk, Poland

autor

Drawc M.

Bibliografia

• 1. Żółtowski K., Romaszkiewicz T.; Roof over PGE Arena in Gdansk. Review of structure and monitoring system, 18Th Congress of IABSE : Innovative Infrastructures- Toward Human Urbanism 2012, Seul.
• 2. Schlaich Bergermann und Partner (sbp GmbH): Stadium in Chorzow, roof design. Design documentation. Stuttgart 2009.
• 3. Biegus A., Rykaluk K.; Collapse of Katowice Fair Building. Engineering Failure Analysis 16 (2009) 1643-1654
• 4. Kefal A., Oterkus E.; Displacement and stress monitoring of a Panamax container ship using inverse finite element method. Ocean Engineering, 119 (2016) 16-29.
• 5. Bureerat S., Pholdee N.; Inverse problem based differential evolution for efficient structuralhealth monitoring of trusses. Applied Soft Computing 66 (2018) 462-472.
• 6. Bin Xu, Danhui Dan, Yiqing Zou, Huan Lei; Research on characteristic function for cable inverse analysis based on dynamic stiffness theory and its application. Engineering Structures I94 (2019) 384-395.
• 7. Meng Zhang, Binbin Qiu, Qiang Wei, Xianqiang Qu, Dexin Shi. Indirect ice load monitoring and strength analysis of a steel gate considering uncertainties. Measurement 148 (2019) 106919.
• 8. Z. Kazemi, M.R. Hematiyan, Y.C. Shiah; An efficient load identification for viscoplastic materials by an inverse meshfree analysis. International Journal of Mechanical Sciences 136 (2018) 303-312
• 9. Design - Roofing audience and the necessary technical infrastructure of the Silesian Stadium in Chorzow. GMP - GENERALPLANUNGSGESELLSCHAFT mbH PROJEKTANT, Hamburg Germany
• 10. K. Żółtowski, M. Gwóźdź, H. Zobel and others; Expertise of project documentation and technical condition of the roofing elements of the Silesian Stadium in Chorzow in the framework of the investment task .: "Roofing audience and the necessary technical infrastructure of the Silesian Stadium in Chorzow," Technical Report, Gdansk University of Technology, Gdańsk, 2013
• 11. Stadium in Chorzow roof design. Schlaich Bergermann und Partner (sbp GmbH): Design documentation made in 2009.
• 12. WACKER INGENIEURE; Slaski Stadium Chorzow near Katowice, Poland: Determination of snow drift/accumulation effects by means of wind tunnel study. WACKER INGENIEURE, Birkenfeld, Germany, 2013.
• 13. SOFiSTiK AG. SOFiSTiK Basics Version 2012. SOFiSTiK AG, Oberschleissheim, Germany, 2012.
• 14. NeoStrain, PFEIFER; Technical monitoring of roof construction of Silesian Stadium in Chorzów. Design documentation 2014.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa Nr 461252 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2020).