Industrial reinforced concrete chimneys resistance to the influence of mining activities

• Autorzy: Barycz S. , Oruba R.

Warianty tytułu

PL

Określenie odporności na wpływy górnicze żelbetowych kominów przemysłowych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Assessment of the resistance of industrial reinforced concrete chimneys to the influence of underground mining exploitation is presented in the paper. The analysis of the state of chimneys on mining terrain was made. Deflections and subsidence of chimney H = 220 m localized on mining terrain in LGOM was studied. The structural calculation executed in order to assess safety with consideration of mining terrain inclination from 2,5 to 20,0 mm/m was carried out for this chimney. Stress values in concrete of reinforced concrete shell and ratios of edge stresses under the foundation were taken as the safety criteria.

PL

Podziemna eksploatacja górnicza w Polsce, zarówno w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW), jak i Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM) jest często realizowana pod lub w bezpośrednim sąsiedztwie miast i zakładów przemysłowych. Oprócz wielu obiektów budowlanych występują tam także wysokie kominy (w ciepłowniach, elektrowniach itp.). Rozpoczęcie eksploatacji górniczej pod terenem zabudowanym wymaga dokonania oceny kategorii odporności na wpływy górnicze poszczególnych obiektów budowlanych stanowiących tę zabudowę. Wieżowe budowle masywne, do których zaliczane są żelbetowe kominy przemysłowe są szczególnie wrażliwe na nachylenia terenu T powstające w wyniku kształtowania się obniżeniowej niecki górniczej. Wynika to z mimośrodowego działania ciężaru własnego poszczególnych segmentów komina na ich wychyleniach (momenty zginające drugiego rzędu). W artykule przedstawiono sposób postępowania umożliwiający ocenę odporności kominów żelbetowych na wpływy podziemnej eksploatacji górniczej. Dla określenia wpływu górniczych nachyleń terenu T na bezpieczeństwo komina, a tym samym jego odporności należy wykonać odpowiednie obliczenia statyczno-wytrzymałościowe. Za kryterium bezpieczeństwa przyjęto dwa warunki: - wartość naprężeń w betonie i stali zbrojeniowej trzonu żelbetowego, - stosunek naprężeń krawędziowych w podłożu gruntowym pod fundamentem. Zgodnie z normą PN-88/B-03004 "Kominy murowane i żelbetowe" w stadium eksploatacji komina odkształcenia i towarzyszące im naprężenia, wywołane działaniem na komin wszystkich obciążeń, muszą zachować warunki sprężystości i braku trwałych zmian mikrostruktury betonu. Oznacza to, że naprężenia w betonie powinny spełniać warunek: […] a w stali zbrojeniowej: […] gdzie: Rbk - wytrzymałość charakterystyczna betonu na ściskanie, Rak - wytrzymałość charakterystyczna stali na rozciąganie. Ponadto naprężenia krawędziowe w podłożu gruntowym pod fundamentem muszą spełniać warunek qmax /qmin ? 5,0. Wpływ górniczych nachyleń na bezpieczeństwo kominów przeanalizowano na przykładzie komina żelbetowego wysokości H = 220 m. Obliczenia wykazały, że o bezpieczeństwie komina w głównej mierze decydują naprężenia w betonie w dolnej części żelbetowego trzonu nośnego. Ze wzrostem nachyleń terenu, a tym samym wychyleń komina następuje przyrost wartości naprężeń betonu w żelbetowym trzonie komina. Największe wartości naprężeń stwierdzono w przedziale wysokości od +30,0 do +50,0 m. Ekstremalne wartości tych naprężeń zaobserwowano na poziomie +50,0 m. Dla nachylenia terenu 10,0 mm/m naprężenia w betonie osiągają wartość dopuszczalną, a dla pochyleń 15,0 i 20,0 mm/m są większe od naprężeń dopuszczalnych odpowiednio o 12 i 25%. Obiekt był projektowany z uwzględnieniem nachylenia terenu 5,0 mm/m odpowiadającego II kategorii wpływów górniczych. Na skutek dodatkowych wychyleń wzrastają także naprężenia w podłożu gruntowym pod fundamentem po wychylonej stronie komina, a zmniejszają się po przeciwnej stronie. Tym samym zwiększa się wartość stosunku naprężeń krawędziowych. Stosunek naprężeń krawędziowych przy nachyleniu terenu 15,0 mm/m przekracza dopuszczalną wartość 5,0 o 18%, a dla 20 mm/m aż o 59%. W porównaniu do wartości dla pionowego komina jest to przyrost odpowiednio o 87 i 151%. Jeśli w analizie obliczeniowej uwzględniłoby się zużycie techniczne trzonu komina w postaci korozyjnych ubytków betonu i zbrojenia oraz pochylenie wykonawcze, to nawet niewielkie dodatkowe nachylenie terenu, wynikające z eksploatacji górniczej, może spowodować realne zagrożenie bezpieczeństwa tego obiektu. W drugiej części artykułu przedstawiono charakterystykę eksploatacji górniczej w rejonie badanego komina. Dokonano także analizy wyników pomiarów geodezyjnych obiektu w aspekcie tej eksploatacji. Stwierdzono ścisły związek górniczych nachyleń terenu z wychyleniami komina. Z uwagi na fakt, że w wielu badanych dotychczas kominach brak było takiej korelacji, w obliczeniowych analizach bezpieczeństwa kominów na terenach górniczych przyjmuje się prognozowaną wartość górniczego nachylenia w takim kierunku, który będzie powodował największe wychylenia komina. Takie założenie umożliwia określenie największych wartości naprężeń w trzonie nośnym komina. W referacie zwrócono uwagę, że podstawowym elementem diagnostyki kominów przemysłowych na terenach górniczych są geodezyjne pomiary ich wychyleń i osiadań. W trakcie ujawniania się wpływów eksploatacji górniczych pomiary te należy wykonywać nawet raz na 3 miesiące.

Słowa kluczowe

EN

reinforced concrete chimneys; influence of mining exploitation; safety

PL

kominy żelbetowe; ocena odporności budowli na wpływy górnicze

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2009
• Tom: Vol. 54, no 4
• Strony: 803--817
• Opis fizyczny: Bibliogr. 13 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Barycz S.

autor

Oruba R.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining Surveying and Environmental Engineering, Al. Mickiewicza 30, 30-059 Kraków, Poland

Bibliografia

• Barycz S., Oruba R., 2008. Ocena wpływu eksploatacji górniczej na bezpieczeństwo żelbetowych kominów przemysłowych. Prace Naukowe Instytutu Budownictwa Politechniki Wrocławskiej, nr 90/19, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław.
• Ciesielski R., 1966. Kominy przemysłowe (w:) Budownictwo betonowe, t. XIII. Zbiorniki, zasobniki, silosy, kominy, maszty. Arkady, Warszawa.
• Hejmanowski R. (red.), 2001. Prognozowanie deformacji górotworu i powierzchni terenu na bazie uogólnionej teorii Knothego dla złóż surowców stałych, ciekłych i gazowych. Wydawnictwo Instytutu Gospodarki Surowcami Mineralnymi i Energią PAN, seria Biblioteka Szkoły Eksploatacji Podziemnej, Kraków.
• Kantarek T., 1971. Kominy na terenach górniczych. Ochrona Terenów Górniczych, 16.
• Kwiatek J., 2007. Obiekty budowlane na terenach górniczych. Główny Instytut Górnictwa, Katowice.
• Ledwoń J.A., 1983. Budownictwo na terenach górniczych. Arkady, Warszawa.
• Ocena stanu technicznego oraz odporności na wpływy górnicze komina przemysłowego H = 220 m w Wydziale EC-2 w Polkowicach, Akademia Górniczo-Hutnicza (pod kierownictwem S. Barycza), Kraków, 2003 (praca niepublikowana).
• Oruba R., 2009. Effect of Mining Terrain Gradient on Safety of Industrial Reinforced Concrete Chimneys. 10. Geokinematischer Tag, Freiberg.
• Ostrowski J., Ćmiel A., 2008. The use of a logit model to predict the probability of damage to building structures in mining terrains. Arch. Min. Sci., vol 53, issue 2, p. 131-159, Kraków.
• Polska Norma PN-88/B-03004 Kominy murowane i żelbetowe. Obliczenia statyczne i projektowanie.
• Projekt techniczny komina EC H = 220 m (wraz z aneksem) Nr 4-5486, wykonany przez Krakowskie Biuro Projektowo-Badawcze Budownictwa Przemysłowego w Krakowie, Kraków, 1975.
• Wodyński A., 2007. Zużycie techniczne budynków na terenach górniczych. Uczelniane Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne AGH, Kraków.
• Zasady oceny możliwości prowadzenia podziemnej eksploatacji górniczej z uwagi na ochronę obiektów budowlanych., Instrukcja nr 12 Głównego Instytutu Górniczego, Katowice 2000.