Significant subsoil deformation and additional loads from the new denitrification unit caused a major problem with the load-bearing capacity of the coal power plant. It was necessary to perform an advanced assessment of the technical condition of the structure. Laser scanning (LiDAR) were used to obtain detailed data upon structure. Based on the analysis of the point cloud, the location of the column axes was determined, which allowed to determine the global and local displacements of the structure. Spatial models of the structure were created. Non-linear analyses of the structure were carried out using two types of models: 1) global beam-shell 3D models of the boiler room used to calculate the magnitude of internal forces and deformations of the structure; 2) local beam-shell detailed models of selected structural elements. Based on the results of the calculations, necessary reinforcement of the structure was designed and successfully implemented. Advanced analysis of the structure using laser scanning, subsoil monitoring and complex numerical models made it possible to perform only local reinforcements of the entire complex structure.
PL
Przykłady sytuacji mogących zagrozić nośności konstrukcji możemy spotkać w polskich elektrowniach, gdzie prowadzone są prace modernizacyjne, których głównym celem jest dostosowanie instalacji spalania do krajowych i unijnych wymogów środowiskowych. Modernizacje te nierzadko wprowadzają nowe oddziaływania na istniejące, mające długi okres eksploatacji konstrukcje budynków elektrowni. Opisany w referacie problem pojawił się w trakcie prac dotyczących opracowania dokumentacji projektowej konstrukcji wsporczej reaktora odazotowania spalin SCR. Wykonanie zabudowy SCR wiązało się z wprowadzeniem nowych sił poziomych działających na konstrukcję nośną kotłowni. W ramach analizy wpływu tego oddziaływania na istniejącą konstrukcję, projektant ustalił, że konstrukcja ta uległa przeciążeniom wskutek nierównomiernego osiadania podłoża i ze była ona już częściowo wzmacniana. Sytuacja ta wymagała przeprowadzenia szczegółowych analiz i opracowania projektu wzmocnień. Analizowany i wzmacniany obiekt to stalowa konstrukcja szkieletowa kotłowni elektrowni węglowej, wybudowanej w latach 70. XX wieku. Analiza objęła obszar czterech bloków (fig. 1, fig. 2). Konstrukcja kotłowni składa się z czterech oddylatowanych części o wymiarach 72 x 36 m. Prezentowana konstrukcja to wielokondygnacyjna konstrukcja szkieletowa ze sztywnymi tarczami stropowymi o podstawowym module siatki słupów 12 9 m. W każdej oddylatowanej części obiektu znajdują się dwa kotły podwieszone do rusztu opartego na wierzchołkach słupów. Na figurze 1 pokazano schemat statyczny konstrukcji. Genezą przeprowadzenia zaawansowanej oceny technicznej stanu konstrukcji – poza opisaną w punkcie 1 modernizacją – były liczne uszkodzenia konstrukcji. Szczególnie wyraźnie ujawniły się one w krzyżulcach pionowych układów stężających (fig. 4). Analizując zinwentaryzowane w obiekcie uszkodzenia można wyodrębnić uszkodzenia polegające na: 1) lokalnej utracie stateczności ścianek prętów; 2) globalnej utracie stateczności prętów; 3) uszkodzeniach miejscowych polegających np. na zerwaniu prętów rozciąganych. Przykładowe uszkodzenia przedstawiono na figurze 4. Główną przyczyną uszkodzeń były nierównomierne osiadanie konstrukcji. Konstrukcje tak złożone jak stalowy szkielet nośny kotłowni elektrowni węglowej wykazują bardzo wysoki stopień wrażliwości na nierównomierne osiadanie podłoża. Wynika to z wysokiego stopnia statycznej niewyznaczalności oraz dodatkowego czynnika, jakim jest zawieszenie kotłów (o masie ok. 3600 t każdy) na ruszcie opierającym się na wierzchołkach słupów nośnych na poziomie ok. 60 m. Skaning laserowy konstrukcji jest metodą inżynierską, która umożliwia pomiar nawet bardzo skomplikowanych konstrukcji budowlanych [1–13]. Pozwala na określenie szczegółowych wymiarów konstrukcji lub jej części [23], jej imperfekcji [7] czy tez jej globalnego stanu deformacji [11, 14]. W celu wykonania szczegółowej inwentaryzacji konstrukcji oraz stanu jej globalnej deformacji wykorzystano metodę skaningu laserowego (LiDAR). Uzyskana podczas skaningu laserowego chmura punktów (w wersji skompresowanej zajmuje około 460 GB) dała informację na temat szczegółowej morfologii konstrukcji, wymiarów przekrojów elementów prętów oraz pozwoliła na szczegółową inwentaryzację uszkodzeń. Poza uzyskaniem szczegółowych danych geometrycznych (fig. 1) skaning laserowy posłużył do ustalenia globalnego stanu deformacji konstrukcji. Na podstawie analizy danych z chmury punktów określono kształt osi słupów obrazujący stan przemieszczeń konstrukcji od obciążeń i osiadań działających w okresie eksploatacji elektrowni. Stworzono kilka modeli obliczeniowych. Analizy prowadzono zarówno w zakresie statyki liniowej jak i nieliniowej uwzględniając nieliniowości geometryczne oraz materiałowe. Podczas analiz uwzględniano przewidziane normami łukowe oraz przechyłowe imperfekcje konstrukcji. Analizy prowadzone z wykorzystaniem modelu zakładającego liniową pracę konstrukcji uniemożliwiły właściwą ocenę stanu wytężenia konstrukcji – siły przekazywane ze stężeń na słupy (w wyniku nierównomiernego osiadania) wielokrotnie przekraczały nośność prętów stężeń. W związku z tym podjęto decyzję o zastosowaniu modelu nieliniowego, uwzględniającego wpływ degradacji sztywności tężników pionowych na wielkości sił w słupach. Degradacja sztywności spowodowana była wyboczeniem prętów ściskanych i uplastycznieniem/zerwaniem stężeń rozciąganych. Analizy nieliniowe przeprowadzono z wykorzystaniem dwóch typów modeli obliczeniowych: 1) globalnych: prętowo – powłokowych modeli 3D budynku kotłowni służących do obliczania wielkości sił wewnętrznych i przemieszczeń konstrukcji. 2) lokalnych: prętowo-powłokowych szczegółowych modeli wybranych elementów konstrukcyjnych. Z uwagi na lokalne spiętrzenia naprężeń w słupach, w obszarze połączeń z ryglami konieczna była ocena wielkości rezerwy plastycznej. Uzyskane wyniki obliczeń posłużyły do oceny wytężenia słupów i analizy stateczności globalnej konstrukcji. Na tej podstawie opracowano projekt wzmocnień. Liczne analizy na modelach globalnych i lokalnych, doprowadziły do wprowadzenia systemu wzmocnień konstrukcji składającego się z lokalnych napraw. System wzmocnień pozwolił na przywrócenie bezpieczeństwa konstrukcji przy minimalnym nakładzie pracy i niewielkiej ingerencji w istniejącą infrastrukturę. Takie podejście wymagało opisanych w referacie bardzo złożonych analiz numerycznych wykonanych na podstawie szczegółowych danych uzyskanych z monitoringu geodezyjnego oraz chmury punktów. Podstawowe wnioski z niniejszej pracy można przedstawić następująco: 1) zastosowanie liniowej analizy statycznej prowadziło do niewłaściwej oceny stanu technicznego (uzyskane wyniki wykazywały kilkukrotne przekroczenia nośności prętów stężeń); 2) uzyskanie poprawnych wyników obliczeń było możliwe na podstawie zaawansowanych modeli nieliniowych uwzgledniających nieliniowości materiałowe, geometryczne, imperfekcje oraz nieliniowe przeguby wprowadzane lokalnie w miejscach istniejących uszkodzeń prętów; 3) stopień skomplikowania obiektu wymagał zastosowania zaawansowanych technik pomiarowych w postaci skaningu laserowego (LiDAR) w celu uzyskania danych dotyczących konstrukcji oraz jej przemieszczeń/deformacji. Uzyskanie tych danych metodami tradycyjnymi byłoby niemożliwe; 4) niezbędne było wykorzystanie danych z monitoringu geodezyjnego podpór, w celu poprawnej oceny wytężenia konstrukcji; 5) zastosowanie lokalnych wzmocnień konstrukcji pozwoliło przywrócić jej poprawną i bezpieczną pracę. Na podstawie złożonych analiz numerycznych i przy wykorzystaniu zaawansowanych technik pomiarowych udało się skutecznie wzmocnić istniejącą konstrukcję oraz zaprojektować i zrealizować konstrukcję wsporczą reaktora SCR w sposób nie pogarszający jej pracy i bezpieczeństwa.
Druk 3D betonu to innowacyjna technologia, która rewolucjonizuje branżę budowlaną. Ten zaawansowany proces pozwala na precyzyjne i zautomatyzowane wytwarzanie trwałych struktur z betonu, wykorzystując spoiwa na bazie cementu do druku. Druk 3D betonu oferuje wiele zalet. Po pierwsze, dzięki temu procesowi możliwe jest tworzenie niestandardowych kształtów i wzorów, które są trudne do osiągnięcia tradycyjnymi metodami budowlanymi. Ponadto, dzięki precyzyjnemu sterowaniu drukiem 3D można zminimalizować zużycie materiałów, co przekłada się na oszczędność kosztów i ograniczenie negatywnego wpływu na środowisko. Cement glinowy jako składnik spoiwa powoduje znaczne przyspieszenie czasu wiązania, co może być przydatne w technologii druku 3D. Przedstawione w artykule badania analizują możliwość wykorzystania cementu glinowego do modyfikacji mieszanki betonowej przeznaczonej do druku. Badania wykazały, że przy odpowiedniej kompozycji superplastyfikatora i spoiwa możliwe jest osiągnięcie wymaganych czasów wiązania.
EN
3D printing of concrete is an innovative technology that is revolutionizing the construction industry. This advanced process allows for the precise and automated production of durable concrete structures using cement-based binders for printing. 3D concrete printing offers many advantages. Firstly, thanks to this process, it is possible to create custom shapes and patterns that are difficult to achieve with traditional construction methods. Additionally, through precise control of 3D printing, the use of materials can be minimized, resulting in cost savings and a reduced negative environmental impact. Moreover, alumina cement as a binder component significantly accelerates the setting time, which can be useful in 3D printing technology. The research presented in the article analyzes the possibility of using alumina cement to modify the concrete mix intended for printing. Studies have shown that with the appropriate composition of superplasticizer and binder, it is possible to achieve the required setting times.
Rozwój technologii druku 3D pozwala na zastosowanie go w wielu obszarach budownictwa, w tym w zakresie małej architektury. Celem pracy było zaprojektowanie i wykonanie w technologii druku 3D obiektu małej architektury - siedziska, z zastosowaniem mieszanki betonowej, w której kruszywo naturalne zostało zastąpione odpadem garnetu pochodzącym z obróbki strumieniowo-ściernej. Dotychczasowe prace w zakresie wykorzystania tego kruszywa pokazują, że istnieje możliwość jego utylizacji w druku 3D kompozytów cementowych. W celu realizacji zadania wykonano podstawowe badania materiałowe dla mieszanek o zawartości kruszywa z recyklingu do 50%. Kolejnym krokiem było wykonanie modelu siedziska i ustalenia potrzebnych wymiarów przekrojów dla prawidłowego funkcjonowania elementu. Finalnie wykonano siedzisko w technologii druku 3D. Projekt mieszanki został opracowany z myślą o wykorzystaniu odpadów, jednocześnie uwzględniając wymagania związane z drukiem betonowym w technologii 3D. Wykonanie elementu małej architektury z betonu drukowanego z kruszywem po obróbce strumieniowo-ściernej potwierdziło możliwość stosowania tej technologii. Badania stanowią wstęp do dalszych analiz uwzględniających optymalizację produktu oraz analizę jego trwałości.
EN
The development of 3D printing technology allows it to be used in many areas of construction. The work is aimed to design and manufacture a small architectural object using 3D printing technology, in the form of a seat. It is going to be made of a concrete mixture with aggregate waste after blasting and abrasive treatment (spent garnet). Previous work on this aggregate shows that it is possible to use it in the 3D printing of cement composites. Basic material tests were carried out for mixtures with recycled aggregate content of up to 50% to carry out the task. The next step was to make a model of the seat and determine the necessary cross-sectional dimensions for the correct functioning of the element. Finally, the seat was made using 3D printing technology. The mix design has been developed with waste in mind while taking into account the requirements of 3D concrete printing. The construction of an element of small architecture made of printed concrete with aggregate after blasting and abrasive treatment confirmed the possibility of using this technology. The research is a prelude to further analysis, including product optimization and durability analysis.
4
Dostęp do pełnego tekstu na zewnętrznej witrynie WWW
W artykule przedstawiono prace badawcze dotyczące weryfikacji sztywności połączenia różnych wariantów łączników barier względem odcinka liniowego. Wynikiem było określenie sztywności modelu przez analizę funkcji siła-przemieszczenie pasa dolnego i górnego oraz analiza wpływu rodzaju połączenia na deformację łącznika. Autorskie stanowisko pomiarowe i analizy umożliwiły wybór najlepszego wariantu łącznika systemu barier tymczasowych do separacji ruchu spełniających wymagania normy EN 1317-2.
EN
The paper presents research work on the verification of the stiffness connection of different variants of barrier connectors in relation to the linear section. As a result, the stiffness of the model was determined by analyzing the force-displacement function of lower and upper chords. In addition the effect of the connectors type on the deformation of barrier system was analysis. The author's measurement method allow to choose the best variant of the temporary barrier connector for traffic separation system that meets the requirements of the EN 1317-2 standard.
W artykule przedstawiono pilotażowe badania dotyczące zastosowania systemu analizy obrazu do oceny jakości struktur wykonanych w technologii druku 3D kompozytów cementowych. Zaproponowany algorytm w sposób prawidłowy ocenia jakość powierzchni wydrukowanych elementów. Analiza nieciągłości mieszanki tą metodą może być przydatna nie tylko w ocenie estetyki wykonanych elementów, ale także możliwe jest jej powiązanie z właściwościami mechanicznymi, skurczem oraz trwałością drukowanej struktury.
EN
The paper presents a pilot study on the use of an image analysis system to assess the quality of structures made in the 3D printing technology of cementitious composites. The proposed algorithm correctly evaluated the surface quality of the printed elements. Analysis of the path discontinuity with this method can be useful not only in the assessment of the aesthetics of the manufactured elements, but also it is possible to link it with the mechanical properties, shrinkage and durability of the printed structure.
Druk 3D kompozytów cementowych to nowa technologia, która w ostatnich latach rozwija się bardzo szybko. Artykuł porusza główne wady i zalety technologii druku 3D kompozytów cementowych wraz z oceną możliwości jej zastosowania w praktyce.
EN
3D printing of cement composites is a new technology that has developed rapidly in recent years. The paper discusses the main advantages and disadvantages of the 3D printing technology of cement composites, including assessment of its applicability in practice.
W artykule omówiono proces projektowania innowacyjnej tymczasowej bariery ochronnej spełniającej wymagania normy EN 1317 i zapewniającej poziom bezpieczeństwa T1/W1. Proces projektowy wspomagany był przez analizy teoretyczne, modelowe, badania laboratoryjne i symulacyjne (MES). Symulacja numeryczna testów zderzeniowych dała zbliżone rezultaty co do długości kontaktu pojazdu podczas zderzenia, prędkości pojazdu po zderzeniu, deformacji bariery, rozkładu uszkodzeń oraz czasu uderzenia, do wartości uzyskanych w rzeczywistych testach zderzeniowych przeprowadzonych na specjalnym torze. Zachowanie systemu bariery podczas symulacji zderzenia w programie LS-DYNA zostało dobrze odwzorowane. Zaprojektowana bariera po rzeczywistych testach zderzeniowych uzyskała certyfikat potwierdzający wymagane dla danej kategorii barier parametry i została wdrożona do produkcji.
EN
The paper presents a design procedure for an innovative temporary traffic barrier according to EN 1317 with a safety level T1/W1. The design involved theoretical analysis, modeling, lab tests and simulations (FEM). Numerical simulation of the crash tests accurately predicted the contact length for a vehicle, vehicle speed after crash, deformation of the barrier, location of deformation and time. The crash test was carried out on a designated test track. The simulated behavior of the barrier using LS-DYNA program was confirmed by tests. After tests, the designed barrier received an official certification required for commercial implementation.
Przedstawiono problemy związane z rozwojem nowej technologii wykonywania konstrukcji betonowych metodą druku 3D oraz parametry, które wyróżniają ją na tle innych metod addytywnych. Omówiono metody badawcze do oceny właściwości mieszanek betonowych stosowanych w druku przyrostowym oraz doświadczenia w tym zakresie zespołu badawczego pod przewodnictwem prof. Marii Kaszyńskiej z Zachodniopomorskiego Uniwersytetu Technologicznego w Szczecinie.
EN
The paper deals with the issues connected with the development of a new technology for 3D printing of concrete structures, in comparison with other additive methods. The discussion includes research procedures used for assessment of concrete mix properties in additive printing. Also presented are research observations collected by the research team lead by Professor Maria Kaszynska at the West-Pomeranian University of Technology in Szczecin.
W pracy przedstawiono zastosowanie skaningu laserowego 3D jako uzupełniającego narzędzia oceny stanu technicznego złożonej stalowej konstrukcji szkieletowej modułu kotłowni elektrowni węglowej. W wyniku znacznego osiadania podłoża wystąpiły uszkodzenia konstrukcji obniżające jej poziom bezpieczeństwa. Do oceny stanu wytężenia i deformacji konstrukcji zastosowano ostatecznie analizę liniowo-sprężystą (LA) oraz analizę geometrycznie i materiałowo nieliniową (GMNA). Wykonano skaning laserowy 3D obejmujący prawie w całości wszystkie elementy konstrukcyjne występujące w modelu numerycznym. W ten sposób uzyskano informację dotyczącą geometrii oraz rzeczywistego stanu deformacji konstrukcji. W pracy porównano teoretyczny kształt deformacji słupów nośnych kotłowni z kształtem ustalonym na podstawie skaningu laserowego. Wprowadzono miarę zróżnicowania obu kształtów pozwalającą na ocenę stopnia ich zgodności.
EN
The paper presents the use of 3D laser scanning as a complementary tool for quality assessment of the steel skeletal structure of a coal power plant module. As a result of significant soil subsidence, structural damage occurred that reduced its safety level. Linear elastic analysis (LA) as well as geometrically and materially non-linear analysis (GMNA) were used to assess the state of stresses and deformations of the structure. 3D laser scanning was performed covering almost all of the structural elements appearing in the numerical model. In this way, information on the current structure geometry was obtained, which allowed for a series of comparative analyses. The work summarizes the theoretical state of displacements of the columns with the state established by laser scanning. A measure of the dissimilarity of both shapes was introduced to assess the credibility of the analyzed data.
JavaScript jest wyłączony w Twojej przeglądarce internetowej. Włącz go, a następnie odśwież stronę, aby móc w pełni z niej korzystać.