Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Analysis of scaffolding harmonic excitation

Bęc Jarosław, Błazik-Borowa Ewa, Szer Jacek

Bulletin of the Polish Academy of Sciences. Technical Sciences

|

2023

|

Vol. 71, nr 1

art. no. e144577

EN

Scaffolding is equipment usually used at construction sites. A scaffolding structure is lightweight and made of elements used many times. The characteristics of scaffolding make it susceptible to dynamic actions present at the structure or occurring nearby. A scaffolding structure of medium size was subjected to analysis in this paper. The structure FEM model was loaded with single force harmonic excitation with various frequencies ranging from 1 Hz to 12 Hz applied in one of many selected points on the scaffolding façade. In the first step, natural frequencies and mode shapes of the analyzed structure were calculated. Then the full dynamic analysis was carried out to obtain maximum displacements of selected control points. The relation of excitation force frequency and location to the amplitudes of generated displacement was observed. It was found that low excitation frequencies close to the natural frequencies of the structure produced vibrations ranging to large areas of the scaffolding surface. Higher excitation frequencies are usually less propagated at the scaffolding but still may produce some discomfort to the structure users in the vicinity of the excitation force location. Scaffolding is equipment usually used at construction sites. A scaffolding structure is lightweight and made of elements used many times. The characteristics of scaffolding make it susceptible to dynamic actions present at the structure or occurring nearby. A scaffolding structure of medium size was subjected to analysis in this paper. The structure FEM model was loaded with single force harmonic excitation with various frequencies ranging from 1 Hz to 12 Hz applied in one of many selected points on the scaffolding façade. In the first step, natural frequencies and mode shapes of the analyzed structure were calculated. Then the full dynamic analysis was carried out to obtain maximum displacements of selected control points. The relation of excitation force frequency and location to the amplitudes of generated displacement was observed. It was found that low excitation frequencies close to the natural frequencies of the structure produced vibrations ranging to large areas of the scaffolding surface. Higher excitation frequencies are usually less propagated at the scaffolding but still may produce some discomfort to the structure users in the vicinity of the excitation force location.

2

Influence of anchoring and bracing system on dynamic characteristics of façade scaffolding

Bęc Jarosław

Archives of Civil Engineering

|

2023

|

Vol. 69, nr 4

493--506

EN

The basic dynamic characteristics of façade scaffolding are natural frequencies of vibrations and corresponding mode shapes. These properties affect the scaffolding safety, as well as comfort and safety of its users. Many of the dynamic actions present at scaffolding are in the low frequency range, i.e. below 10-15 Hz. The first natural frequency of a structure is usually in the range of 0.7 to 4 Hz which corresponds to resonant frequencies of human body and it means that vibrations induced at scaffolding may strongly affect the human comfort. The easiest way of increasing the rigidity of the structure is by ensuring correct boundary conditions (support, anchorage) and bracing of the structure. The numerical analysis was performed for the real scaffolding structure of medium size. The analysis consisted of natural frequencies calculation for the original structure and for models with modified bracing and anchoring systems. The bracing modifications were introduced by reducing or increasing the number of vertical bracing shafts. The anchor system was modified by reduction of the 6 anchors in the top right corner of the scaffolding in three stages or by evenly removing nearly 1/3 of the total number of anchors. The modifications of bracing and anchor systems resulted in changing the natural frequencies. The increase of natural frequencies due to higher number of anchors and more bracing is not even for all mode shapes. Bracing is more effective in acting against longitudinal vibrations, while anchoring against vibrations perpendicular to the façade.

PL

Rusztowania fasadowe to tymczasowe konstrukcje użytkowe wspomagające prace budowlane. Istotne jest zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji i pracowników, a także komfortowych warunków pracy ich użytkownikom poprzez zmniejszenie poziomów drgań docierających do nich. Podstawowe charakterystyki dynamiczne rusztowań fasadowych to częstotliwości drgań własnych oraz odpowiadające im postacie drgań. Pierwsza częstość drgań własnych w przypadku konstrukcji tego typu zazwyczaj mieści się w zakresie od 0,7 do 4 Hz, a więc są to wielkości zgodne z częstościami generowanymi przez wiele urządzeń działających na rusztowaniu, a także są one zbliżone do częstości rezonansowych części ciała ludzkiego. Częstotliwość drgań własnych uzależniona jest od rozmiarów rusztowania, jego masy oraz masy dodatkowej zgromadzonej na rusztowaniu (materiały budowlane, siatki ochronne i plandeki, użytkownicy rusztowania), a także od sztywności konstrukcji. Projektant pojedynczego rusztowania nie ma wpływu na elementy katalogowe systemu rusztowaniowego. Możliwe jest jednak zwiększenie sztywności rusztowania poprzez odpowiednio zaprojektowany system kotwienia konstrukcji rusztowania i przez prawidłowe stosowanie stężeń. Wymagany układ stężeń oraz rozstawy zakotwień w typowych rusztowaniach fasadowych można znaleźć w przepisach normowych lub katalogach producentów systemów rusztowań. Przeprowadzono obliczenia komputerowe przykładowego rusztowania fasadowego o średniej wielkości. Model metody elementów skończonych został stworzony w programie Autodesk Simulation Multiphysics 2013. Oryginalny model zawierał stężenia i zakotwienia zaproponowane przez projektanta konstrukcji rusztowania na podstawie wymagań producenta systemu. W kolejnych wariantach modyfikacji ulegała liczba pionów ze stężeniami, tj. z oryginalnej liczby pionów stężeń (3) pozostawiono 2 (rusztowanie słabo stężone), a następnie liczbę pionów stężeń zwiększono do 5 (rusztowanie przesztywnione). Podobnie, analizie poddano wpływ liczby zakotwień. Założono, że fragment konstrukcji pozostaje niezakotwiony, co wprowadzono do modelu przez eliminację 6 kotew w trzech etapach. Ostatni wariant modyfikacji oryginalnego sytemu zakotwień to równomierne usunięcie 10 spośród 36 ogółem punktów zakotwień. Wyniki obliczeń zostały zebrane w postaci pierwszych dziesięciu częstości drgań własnych. Analizowano także postacie drgań własnych, odpowiadające zbliżonym częstościom drgań. Zwiększenie liczby stężonych pól i większa liczba zakotwień powoduje zwiększenie częstotliwości drgań własnych. Nie jest to jednakowa zmiana dla wszystkich częstości i postaci. Stężenia mają większy wpływ na postaci związane z drganiami poziomymi wzdłuż fasady, podczas gdy liczba zakotwień wpływa istotnie na wartości związane z postaciami z przemieszczeniami prostopadle do fasady. Pozostawienie dużego obszaru pozbawionego zakotwień powoduje znaczne zmniejszenie przede wszystkim pierwszej częstości drgań własnych. Taka sytuacja jest niedopuszczalna, a mimo to spotykana w przypadku rusztowań zlokalizowanych przy istniejących budynkach, gdzie z powodów technologicznych kotwienie części konstrukcji jest utrudnione i czasem przez projektantów zaniedbywane. Należy również mieć na uwadze, że niedostateczne kotwienie i stężenie rusztowań fasadowych ma wpływ nie tylko na ich charakterystyki dynamiczne, ale także na wytężenie elementów konstrukcji. Może to prowadzić do stanów awaryjnych, mimo nieprzekroczenia dopuszczalnych wielkości obciążeń.

3

Influence of dynamic properties on scaffoldings safety

Błazik-Borowa Ewa, Bęc Jarosław

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2021

|

Vol. 21, no. 4

145--158

EN

Scaffoldings are used for works at height and in places that are hard to reach, which makes such works dangerous to employees and accidents occur frequently. Loads generated by scaffolding users cannot be avoided. Moving workers excite low-frequency (1–2 Hz) vibrations and scaffoldings as slender structures are prone to such dynamic action. The method for determining the probability of vibrations excitation is presented here. The quantity representing this probability is called the predictor of occurrence of a dangerous situation due to vibrations induced by a walking employee. The predictor of resonance with ith natural frequency requires an analysis of the scaffolding dynamic behavior. The frequencies and the natural mode shapes of vibrations were determined. Numerical dynamic simulations of the worker's movement on the penultimate decks of two scaffoldings were carried out, as well. Predictor analysis was made for single frequencies and combinations of frequency pairs. The predictor values calculated for the first frequency or combinations with it are the highest ones, however the probability of resonance is not only affected by the first frequency. To improve safety, the natural frequencies should be increased. For longitudinal vibrations, this can be done by adding more bracing or reducing lengths of anchors. Increasing the number of anchors gives good results in both directions. During scaffolding design of both typical and atypical constructions, one must determine the natural frequencies and then, if the first natural frequency is less than 4.0 Hz, perform a dynamic scaffolding analysis.

4

Façade scaffolding behaviour under wind action

Lipecki Tomasz, Jamińska-Gadomska Paulina, Bęc Jarosław, Błazik-Borowa Ewa

Archives of Civil and Mechanical Engineering

|

2020

|

Vol. 20, no. 1

375--389

EN

The main objective of the study was to estimate the mean horizontal wind action on a façade scaffolding on the basis of full-scale data. Measurements of climatic parameters were carried out for a number of façade scaffoldings (120 structures) located in Poland over a 30-month period. The measurement points were located on 2–3 deck levels of each structure and at 2–4 points placed in each level. The measurements were carried out 3–4 times during each day for 5 consecutive days. At each point, two components of wind speed were measured: first with the vane probe directed perpendicular to the façade and then parallel to the façade. Each measurement lasted 60 s, and the data were recorded every 1 s. On the basis of wind speeds, a procedure was suggested that enabled estimation of the static wind action on façade scaffoldings. The responses of structures to this action were computed via FEM simulations. The results were compared with those based on the approaches recommended by the wind and scaffolding codes. Initial analyses, illustrated by three scaffoldings without a protective cover, indicated large discrepancies between the approaches and the possibility of wind action, which is not considered in the codes.