Odpowiedź dynamiczna budowli wielopodporowych na nierównomierne wymuszanie parasejsmiczne pochodzenia górniczego

Niniejsza publikacja stanowi syntezę wyników uzyskanych podczas wieloletnich prac teoretycznych i badań doświadczalnych na obiektach w skali naturalnej, a dotyczących odpowiedzi dynamicznej wybranych typów budowli inżynierskich narażonych na nierównomierne wymuszenie parasejsmiczne pochodzenia górniczego. W pracy przedstawiono wyniki odnoszące się do dwóch typów budowli na-rażonych na nierównomierne wymuszenie parasejsmiczne: mostu oraz wielkogabarytowego obiektu hydrotechnicznego. W opracowaniu syntezy odwołano się również do rezultatów uzyskanych we wcześniejszych pracach autorki dotyczących odpowiedzi dynamicznej konstrukcji powłokowych (chłodnie kominowe, zbiorniki i silosy), wielkogabarytowych przekryć obiektów przemysłowych oraz gazociągów na nierównomierne wymuszenie parasejsmiczne pochodzenia górniczego.

Do zasadniczych celów niniejszej pracy należy zaliczyć: — przyjęcie modelu nierównomiernego wymuszenia kinematycznego pochodzenia górniczego i dobór parametrów tego wymuszenia z uwzględnieniem pomiarów drgań podłoża występujących podczas wstrząsów górniczych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW) i Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM), - zbadanie wpływu uwzględnienia nierównomierności wymuszenia kinematycznego na odpowiedź dynamiczną wybranych budowli wielopodporowych, - rozpoznanie wpływu drgań powierzchniowych pochodzenia górniczego na wy-brane budowle wielopodporowe z uwzględnieniem nierównomierności wymuszenia kinematycznego.
Podczas realizacji zasadniczych celów pracy konieczne było rozwiązanie zadań szczegółowych, które można przedstawić następująco: - opracowanie zasad doboru modeli obliczeniowych rozpatrywanych budowli oraz wyznaczenie ich charakterystyk dynamicznych, - przeprowadzenie badań in situ odpowiedzi dynamicznej wybranych obiektów poddanych nierównomiernemu wymuszeniu kinematycznemu o znanych para-metrach, - przeprowadzenie symulacji komputerowej wymuszonych kinematycznie drgań rozpatrywanych budowli, - weryfikacja doświadczalna i ocena przydatności do obliczeń odpowiedzi dynamicznej proponowanego modelu nierównomiernego wymuszenia kinematycz-nego przez porównanie odpowiedzi dynamicznej budowli obliczonej podczas symulacji komputerowej i pomierzonej w trakcie badań in situ, - porównanie wyników obliczeń odpowiedzi dynamicznych wybranych typów budowli wielopodporowych uzyskanych przy założeniu równomiernego i nie-równomiernego wymuszenia kinematycznego, - analityczne wyznaczenie naprężeń w rozpatrywanych konstrukcjach, które powstały na skutek rzeczywistych wstrząsów sejsmicznych lub parasejsmicznych pochodzenia górniczego.
W pracy można wyróżnić sześć podstawowych części. W części pierwszej (rozdziały 1 i 2) podano genezę, cel i zakres pracy oraz przedstawiono zarys problematyki i przegląd aktualnego stanu wiedzy. W części drugiej zaproponowano model nierównomiernego wymuszenia kinematycznego mający zastosowanie w dalszych obliczeniach odpowiedzi dynamicznej wybranych typów budowli na nierównomierne wymuszenie parasejsmiczne pochodzenia górniczego (rozdział 3). Przedstawiono podstawowy formalizm matematyczny zadań dotyczących odpowiedzi dynamicznej układów dyskretnych poddanych nierównomiernemu wymuszeniu kinematycznemu (rozdział 4). Przedstawiono również reprezentatywne przebiegi czasowe drgań powierzchniowych Do zasadniczych celów niniejszej pracy należy zaliczyć: - przyjęcie modelu nierównomiernego wymuszenia kinematycznego pochodzenia górniczego i dobór parametrów tego wymuszenia z uwzględnieniem pomiarów drgań podłoża występujących podczas wstrząsów górniczych w Górnośląskim Zagłębiu Węglowym (GZW) i Legnicko-Głogowskim Okręgu Miedziowym (LGOM), - zbadanie wpływu uwzględnienia nierównomierności wymuszenia kinematycznego na odpowiedź dynamiczną wybranych budowli wielopodporowych, - rozpoznanie wpływu drgań powierzchniowych pochodzenia górniczego na wybrane budowle wielopodporowe z uwzględnieniem nierównomierności wymuszenia kinematycznego.
Podczas realizacji zasadniczych celów pracy konieczne było rozwiązanie zadań szczegółowych, które można przedstawić następująco: - opracowanie zasad doboru modeli obliczeniowych rozpatrywanych budowli oraz wyznaczenie ich charakterystyk dynamicznych, - przeprowadzenie badań in situ odpowiedzi dynamicznej wybranych obiektów poddanych nierównomiernemu wymuszeniu kinematycznemu o znanych para-metrach,- przeprowadzenie symulacji komputerowej wymuszonych kinematycznie drgań rozpatrywanych budowli, - weryfikacja doświadczalna i ocena przydatności do obliczeń odpowiedzi dynamicznej proponowanego modelu nierównomiernego wymuszenia kinematycz-nego przez porównanie odpowiedzi dynamicznej budowli obliczonej podczas symulacji komputerowej i pomierzonej w trakcie badań in situ, - porównanie wyników obliczeń odpowiedzi dynamicznych wybranych typów budowli wielopodporowych uzyskanych przy założeniu równomiernego i nie-równomiernego wymuszenia kinematycznego, — analityczne wyznaczenie naprężeń w rozpatrywanych konstrukcjach, które po-wstały na skutek rzeczywistych wstrząsów sejsmicznych lub parasejsmicznych pochodzenia górniczego.
W pracy można wyróżnić sześć podstawowych części. W części pierwszej (rozdziały 1 i 2) podano genezę, cel i zakres pracy oraz przedstawiono zarys problematyki i przegląd aktualnego stanu wiedzy. W części drugiej zaproponowano model nierównomiernego wymuszenia kinematycznego mający zastosowanie w dalszych obliczeniach odpowiedzi dynamicznej wybranych typów budowli na nierównomierne wymuszenie parasejsmiczne pochodzenia górniczego (rozdział 3). Przedstawiono podstawowy formalizm ma-tematyczny zadań dotyczących odpowiedzi dynamicznej układów dyskretnych poddanych nierównomiernemu wymuszeniu kinematycznemu (rozdział 4). Przedstawiono również reprezentatywne przebiegi czasowe drgań powierzchniowych 

SPIS TREŚCI

Ważniejsze oznaczenia  5
1. Wstęp  7
1.1. Geneza i opis problemu  7
1.2. Cel i zakres pracy 10
2. Zarys problematyki i przegląd aktualnego stanu wiedzy 13
3. Przyjęty model nierównomiernego wymuszenia kinematycznego 22
4. Równania ruchu układów dyskretnych poddanych nierównomiernemu wymuszeniu kinematycznemu 29
5. Dane o wymuszeniach kinematycznych wywalanych wstrząsami górniczymi z terenów GZW i LGOM 32
6. Metodyka i opis badań in situ 38
6.1. Cel i zakres przeprowadzonych pomiarów 38
6.2. Zastosowane źródła drgań 38
6.3. Zastosowana aparatura pomiarowa 41
6.4. Opracowanie wyników pomiarów i metody ich interpretacji 42
6.4.1. Cyfrowanie i filtracja sygnałów 42
6.4.2. Analiza spektralna sygnałów 42
6.4.3. Wyznaczanie logarytmicznego dekrementu tłumienia drgań 44
6.4.4. Wyznaczanie przesunięcia czasowego sygnałów 46
7. Odpowiedź dynamiczna mostów masywnych na nierównomierne wymuszenie kinematyczne 48
7.1. Badania in situ odpowiedzi dynamicznej wiaduktu w Zaborowie-Czudcu na nierównomierne wymuszenie kinematyczne 49
7.1.1. Dane geometryczno-materiałowe wiaduktu 49 7.1.2. Model obliczeniowy wiaduktu 53
7.1.3. Analityczne wyznaczenie częstotliwości drgań własnych wiaduktu 54
7.1.4. Rozmieszczenie aparatury na obiekcie 55
7.1.5. Doświadczalne wyznaczenie częstotliwości drgań własnych wiaduktu 56
7.1.6. Doświadczalne wyznaczenie logarytmicznego dekrementu tłumienia drgań 60
7.1.7. Doświadczalne wyznaczenie prędkości fali w podłożu gruntowym 63
7.1.8. Porównanie obliczonej i pomierzonej odpowiedzi dynamicznej wiaduktu 68
7.2. Odpowiedź dynamiczna mostu w Bolesławcu na nierównomierne wymuszenie kinematyczne pochodzenia górniczego 72
7.2.1. Dane geometryczno-materiałowe mostu 73
7.2.2. Model obliczeniowy mostu 75
7.2.3. Zależność odpowiedzi dynamicznej mostu od prędkości fali w podłożu 76
7.3. Ocena wpływu obciążeń parasejsmicznych pochodzenia górniczego na konstrukcję mostu 83
8. Odpowiedź dynamiczna zapory ziemnej na nierównomierne wymuszenie kinematyczne  90
8.1. Dane geometryczno-materiałowe zapory w Czorsztynie-Niedzicy  92
8.2. Właściwości fizyczne i mechaniczne podłoża skalnego zapory  93
8.3. Model obliczeniowy zapory  96
8.4. Charakterystyki dynamiczne zapory 101
8.5. Badania in situ odpowiedzi dynamicznej zapory ziemnej 104
8.5.1. Opis przeprowadzonych badań 104
8.5.2. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej 105
8.5.3. Pomiar przyspieszeń drgań w punkcie P1 106
8.5.4. Doświadczalne wyznaczenie prędkości fali w podłożu skalnym   110
8.5.5. Porównanie obliczonej i pomierzonej odpowiedzi dynamicznej zapory 113
8.6. Zależność odpowiedzi dynamicznej zapory ziemnej na nierównomierne wymuszenie kinematyczne od prędkości fali w podłożu 123
8.6.1. Wstrząsy sejsmiczne na Podhalu 123
8.6.2. Rozmieszczenie aparatury pomiarowej w rejonie zapory 125
8.6.3. Dane o wymuszeniu sejsmicznym przyjęte w obliczeniu odpowiedzi dynamicznej zapory 126
8.6.4. Wyznaczenie prędkości fali w podłożu 128
8.6.5. Zależność odpowiedzi dynamicznej zapory od prędkości fali w podłożu w przypadku propagacji fali w kierunku wschód—zachód 131
8.6.6. Zależność odpowiedzi dynamicznej zapory od prędkości fali w podłożu w przypadku propagacji fali w kierunku północ—południe 138
8.7. Ocena wpływu obciążeń parasejsmicznych pochodzenia górniczego na konstrukcję zapory ziemnej 140 9. Podsumowanie 150
9.1. Model nierównomiernego wymuszenia kinematycznego i wyniki analiz numerycznych 150
9.2. Wyniki badań in situ   151
9.3. Ocena wpływu uwzględnienia nierównomierności wymuszenia kinematycznego na odpowiedź dynamiczną budowli 152 9.4. Ocena wpływu obciążeń parasejsmicznych pochodzenia górniczego na wybrane typy budowli wielopodporowych 155
10. Elementy pracy o oryginalnym ujęciu i uzyskane nowe rezultaty 157
Literatura 159
Streszczenia 172