Nonlinear analysis of a hoist tower for seismic loads
Authors:
- Filip Pachla,
- Tadeusz Tatara
Abstract
In recent years, the intensity of the loads caused by mining activity has increased in Poland. This exploitation is often carried out in urbanized areas, so their operation on structures is not only a social problem, but also a challenge for engineers. Many of the surface facilities safe use affects the failure-free operation of the mine. The paper presents the results of representative measurements of surface vibrations from mining areas in Poland and earthquakes and their comparison. Particular attention was paid to the values of PGA/PGV ratios and the most commonly used methods for dynamic calculation of the structure. The last part of the work presents an experimentally verified dynamical model of the selected RC skip tower. The forced vibrations of the model were analysed by taking representative earthquakes and mining origin tremors. Time history non-linear analysis and push over methods were used. The nonlinear concrete model was adopted in the analyses. The results show that pushover analysis is not able to capture the seismic demands imposed by far-field or near-fault ground motions, especially for short-period systems for which it can lead to significant errors in the estimation of the seismic demands. The results confirmed the qualitative results of the linear analysis. The carried out inventory of cracks to the skip tower also allowed their location in bearing elements of the skip tower. The results of non-linear numerical analyses allowed us to assess the safety of the structure.
- Record ID
- CUT44f37e4c114d426ab209d5167e0ac486
- Publication categories
- ;
- Author
- Other language title versions
- Analiza nieliniowa wieży wyciągowej na obciążenia sejsmiczne
- Journal series
- Archives of Civil Engineering, ISSN 1230-2945, e-ISSN 2300-3103
- Issue year
- 2022
- Vol
- 68
- No
- 3
- Pages
- 177-198
- Other elements of collation
- fot.; rys.; tab.; wykr.; Bibliografia (na s.) - 194-197; Bibliografia (liczba pozycji) - 62; Oznaczenie streszczenia - Abstr., Streszcz.; Numeracja w czasopiśmie - Vol. 68, Iss. 3
- Keywords in Polish
- trzęsienia ziemi, konstrukcje przemysłowe, wstrząsy górnicze, analiza nieliniowa, drgania powierzchni, analiza w dziedzinie czasu
- Keywords in English
- earthquakes, industrial structures, mining tremors, nonlinear analysis, surface vibrations, time history analysis
- ASJC Classification
- Abstract in Polish
- Dodatkowym obciążeniem działającym na konstrukcje budowlane są drgania przenoszone przez grunt. Z reguły takie konstrukcje, gdy znajdują się poza obszarami trzęsienia ziemi, nie są przystosowane do takich dodatkowych obciążeń. Na terenach dotkniętych wstrząsami górniczymi konstrukcje nie były projektowane na takie obciążenia. W projekcie uwzględniono tylko obciążenia stałe i ciężar własny, obciążenia technologiczne oraz obciążenia od podmuchów wiatru. W ostatnich latach w Polsce wzrosła intensywność obciążeń powodowanych działalnością górniczą. Eksploatacja ta często prowadzona jest na terenach zurbanizowanych, dlatego ich eksploatacja i wpływ na budynki staje się nie tylko problemem społecznym, ale także wyzwaniem dla inżynierów. Ich zadaniem jest zapewnienie bezpieczeństwa konstrukcji i osób przebywających w tych budynkach. Wiele obiektów naziemnych znajduje się bezpośrednio na terenach kopalni. Ich bezpieczne użytkowanie wpływa na bezawaryjną pracę kopalni. Awarie obiektów powierzchniowej infrastruktury budowlanej kopalni prowadzą do dużych strat finansowych i powodują problemy społeczne. W pracy przedstawiono wyniki reprezentatywnych pomiarów drgań powierzchniowych z terenów górniczych w Polsce. Drgania te były spowodowane najintensywniejszymi wstrząsami górniczymi, jakie wystąpiły podczas podziemnej eksploatacji kopani węgla kamiennego i rud miedzi w Polsce. Wyniki pomiarów in-situ tych drgań porównano z zapisami drgań z wybranych trzęsień ziemi. Szczególną uwagę zwrócono na wartości wskaźnika PGA/PGV, a także różnice charakteryzujące drgania powierzchniowe indukowane podziemną eksploatacją górniczą i wstrząsy sejsmiczne oraz czas trwania intensywnej fazy drgań. Następnie przedstawiono najczęściej stosowane metody obliczeń dynamicznych konstrukcji. W ostatniej części pracy zaprezentowano numeryczny model dynamiczny wybranej żelbetowej konstrukcji wieży wyciągowej. Drgania wymuszone przyjętego, zweryfikowanego eksperymentalnie modelu wybranej konstrukcji wieżowej zostały przeanalizowane, przyjmując wymuszenia kinematyczne w postaci reprezentatywne przebiegów drgań powierzchniowych od trzęsień ziemi i wstrząsów pochodzenia górniczego. Wykorzystano nieliniową analizę w dziedzinie czasu oraz metodę pushover. W analizach przyjęto nieliniowy model betonu. Wyniki pokazują, że analiza metodą push-over nie jest w stanie uchwycić wymagań sejsmicznych narzuconych przez ruchy gruntu w polu dalekim lub bliskim, szczególnie w przypadku układów o krótkim okresie drgań; w takich przypadkach analiza push-over może prowadzić do znacznych błędów w oszacowaniu wymagań sejsmicznych. Porównano również wyniki analiz nieliniowych z wynikami wcześniej wykonanych obliczeń w zakresie liniowym. Wyniki potwierdziły jakościowe wyniki analizy liniowej. Przeprowadzona inwentaryzacja uszkodzeń wieży wyciągowej pozwoliła również na ich lokalizację w elementach nośnych. Lokalizacje tych uszkodzeń porównano z wynikami analiz numerycznych. Wyniki nieliniowych analiz numerycznych pozwoliły ocenić bezpieczeństwo konstrukcji.
- DOI
- DOI:10.24425/ace.2022.141880 Opening in a new tab
- URL
- https://journals.pan.pl/ace/141880 Opening in a new tab
- Language
- eng (en) English
- License
- Score (nominal)
- 100
- Score source
- journalList
- Score
- Publication indicators
- Citation count
- 2
- Additional fields
- Indeksowana w: Web of Science, Scopus
- Uniform Resource Identifier
- https://cris.pk.edu.pl/info/article/CUT44f37e4c114d426ab209d5167e0ac486/
- URN
urn:pkr-prod:CUT44f37e4c114d426ab209d5167e0ac486
* presented citation count is obtained through Internet information analysis, and it is close to the number calculated by the Publish or PerishOpening in a new tab system.