Modelling the Influence of Composite Stiffness on Energy Dissipation in Reinforced Composite Concrete Floors / Modelowanie Wpływu Sztywnosci Zespolenia Na Rozpraszanie Energii W Warstwie Kontaktowej Zelbetowych Stropów Zespolonych

Zelbetowe stropy zespolone składaja sie z dwóch warstw betonu: dolnej stanowiacej element prefabrykowany oraz górnej wykonywanej na budowie. Przyjeto, ze miedzy tymi warstwami znajduje sie warstwa kontaktowa, w której wywoływane sa siły zwiazane z odkształceniami sprezystymi oraz niesprezystymi

Modelowanie wpływu sztywności zespolenia na rozpraszanie energii w warstwie kontaktowej żelbetowych stropów zespolonych

A continuous contact layer exists between the top and bottom layer of concrete composite reinforced floors. The contact layer is characterised by linear elasticity and frictional properties. In this paper a model of single degree of freedom of composite floor is determined. The model assumes that the restoring forces and the non-conservative internal friction forces dissipating energy are produced within the contact layer. A hysteresis loop is created in the process of static loading and unloading of the model, with the energy absorption coefficient being defined on this basis. The value of the coefficient is rising along with the growing stiffness of the composite. A critical damping ratio is a parameter describing free decaying vibration caused by non-conservative internal friction forces in the contact layer and in the bottom and top layer. The value of the ratio in the defined model is rising along with the lowering stiffness of the element representing contact layer. The findings resulting from the theoretical analyses carried out, including the experimental tests, are the basis for the established methods of determining the concrete layer state for reinforced concrete floors. The method is based on energy dissipation in the contact layer.Żelbetowe stropy zespolone składają się z dwóch warstw betonu: dolnej stanowiącej element prefabrykowany oraz górnej wykonywanej na budowie. Przyjęto, ze miedzy tymi warstwami znajduje się warstwa kontaktowa, w której wywoływane są siły związane z odkształceniami sprężystymi oraz niesprężystymi. Zdefiniowano model ciała reprezentującego warstwę kontaktową przyjmując że występują w nim naprężenia liniowo-sprężyste i niesprężyste związane z tarciem wewnątrz materiałowym. Następnie zbudowano model żelbetowego stropu zespolonego o jednym stopniu swobody. Model ten składa się z dwóch połączonych szeregowo modeli o jednym stopniu swobody: płyty monolitycznej i elementu reprezentującego liniowo-sprężyste i niesprężyste właściwości warstwy kontaktowej. Niesprężyste właściwości w modelu, przy statycznym wymuszeniu kinematycznym były reprezentowane przez elementy sprężysto-tarciowe. Przy wymuszeniu kinematycznym tłumienie modelowano elementami wiskotycznymi. Z fizycznego punktu widzenia rozważano sytuacje, w której występują ciągłe odkształcenia w warstwie kontaktowej, to znaczy nie zachodzi poślizg miedzy betonem warstwy dolnej i górnej. Badania modelu wykazały, ze w procesie statycznego obciążania i odciążania modelu płyty zespolonej powstaje pętla histerezy, która pozwala wyznaczać wartości współczynnika pochłaniania energii przy statycznym wymuszeniu kinematycznym. Mniejszymi wartościami tego współczynnika cechują się modele o małej sprężystości zespolenia. W zdefiniowanym modelu przyjęto, że w trakcie drgań, niesprężyste siły tarcia wewnętrznego w zespoleniu oraz w betonie warstw dolnej i górnej ujawniają się w postaci tarcia wiskotycznego. Wykazano, że drgania modeli płyt zespolonych cechujących się małą sztywnością odpowiadającą zespoleniu są tłumione mocniej niż drgania modeli płyt ze sztywną warstwą kontaktową. Ponadto mniejszej sztywności warstwy kontaktowej odpowiada mniejsza częstotliwości drgań własnych modeli płyt. Powyższe spostrzeżenia dotyczące dyssypacji energii w czasie statycznego i dynamicznego obciążania zdefiniowanych modeli płyt mają duże znaczenie praktyczne, ponieważ, po ich praktycznym zweryfikowaniu, umożliwią określanie sztywności zespolenia dwóch betonów w zespolonych stropach deskowych. Jak wykazano bowiem we wcześniejszych badaniach doświadczalnych, płyty o małej sztywności zespolenia pod mniejszym obciążeniem osiągają graniczną wartość przemieszczenia i utracie ich nośności towarzyszy rozwarstwienie. Wyniki przeprowadzonych analiz teoretycznych są jedną z podstaw prowadzonych aktualnie badań doświadczalnych, w których bada się dyssypacje energii w żelbetowych stropach deskowych poddanych wymuszeniom kinematycznym statycznym i dynamicznym

Estimation of Stiffness and Energy Dissipation for the Models of Reinforced-Concrete Composite Slabs Based on the Investigations of Statically Loaded Slabs

Reinforced concrete composite slab consists of a thin prefabricated slab in which span reinforcement is located and of concrete joined with the slab, with such concrete being laid on site

Estimation of stiffness and energy dissipation for the models of reinforced-concrete composite slabs based on the investigations of statically loaded slabs

Reinforced concrete composite slab consists of a thin prefabricated slab in which span reinforcement is located and of concrete joined with the slab, with such concrete being laid on site. The existence of a joint of two concretes in such floors is interpreted as introducing a contact layer into a monolithic slab. In the paper parameters of two models are estimated. The first is a model of a contact layer and the second is a model of a composite slab with a single degree of freedom. The models consider that the contact has elastic properties and inelastic properties causing energy dissipation. Experimental investigations are discussed further based on which the parameters values of the contact layer model were determined. Delamination was experienced for the slabs characterised by low contact layer stiffness after applying a maximum load. In addition, the strains of a contact layer having low stiffness are accompanied by lower energy dissipation than of a layer with high stiffness. The smaller stiffness of composite floors, as compared to monolithic floors, occurs as a consequence of the existence of a joint. Such decrease for a composite slab is interpreted in the model with a single degree of freedom as the serial connection of stiffness of a monolithic slab and an element considering the existence of a contact layer. The stiffness of an element considering the existence of a contact layer decreases along with a load, and the elements corresponding to the higher stiffness of the contact layer are characterised by higher energy dissipation. The aforementioned results of the investigations confirm the assumptions of the contact layer model and a composite slab model with a single degree of freedom. The findings made represent a basis for establishing a method of evaluating the condition of a joint in composite slabs according to statistical investigations

Concepts of strengthening the historic, neo-Gothic church due to planned rectification of the building

W zabytkowym budynku neogotyckiego kościoła wystąpiły liczne uszkodzenia wywołane eksploatacją górniczą. Najistotniejszym uszkodzeniem jest jednak jego wychylenie, które postanowiono usunąć przez wyprostowanie całej bryły budynku. Budynek kościoła, ze względu na brak ścian wewnętrznych, cechuje się małą sztywnością. W takiej sytuacji wzmocnienie obiektu, oprócz możliwości zapewnienia bezpiecznego przekazania obciążeń z siłowników na obiekt winno zwiększyć sztywność budynku jako całości. Przeanalizowano trzy koncepcje wzmocnienia obiektu, co pozwoliło na odejście od standardowych rozwiązań, zapewniło szersze spojrzenie na zagadnienie i pozwoliło na wybór najkorzystniejszego sposobu postępowania. W budynku neogotyckiego kościoła pochodzącego z 1898 roku za rozwiązanie najkorzystniejsze uznano rozbudowanie istniejącego już wzmocnienia, które stanowi żelbetowa płyta grubości 60 cm znajdująca się na zewnątrz kościoła. Rozbudowa ta polega na wykonaniu dodatkowej konstrukcji stalowej wewnątrz obiektu. Zadaniem tej konstrukcji jest utrzymanie spójności muru w czasie prostowania. Istniejąca płyta grubości 60 cm i szerokości do 2,65 m zapewni odpowiednią sztywność w czasie prostowania. Wykonanie żelbetowych ścian wewnątrz budynku po wyprostowaniu zapewni wzrost jego odporności na oddziaływanie pionowej krzywizny terenu górniczego.In the historical building of a neo-Gothic church, number of mining-induced damage occurred. However, the essential damage come from its deviation which was decided to eliminate by straightening the whole building. Due to the lack of inner walls, the building of the church is characterized by Iow stiffness. In this case, apart from ensuring safety while transferring loads from servo-motors on the building, it should be strengthen by increasing the stiffness of the building as a whole. Three scenarios of strengthening were analyzed which allowed to move away from standard solutions, ensured a broader view on the issue and enabled a selection of the most beneficial procedures. In the building of the neo-Gothic church, founded in 1898, the extension of the existing reinforcement of a 60 cm ferroconcrete slab outside the church, was considered the most beneficial solution. The extension consists in mounting a steel structure inside the building. The structure is to maintain the wall cohesion during straightening. The existing ferroconcrete slab of 60 cm thick and up to 2,65 m wide may ensure the proper stiffness during straightening. Mounting of a ferroconcrete walls inside the building after straightening will increase its resistance to the influence of vertical curvature of the mining area

The influence of mining tremors and other loads on the historical tower

Zabytkowa wieża została wzniesiona w 1880 r. Obiekt pełnił pierwotnie funkcję komina, następnie wieży wodnej, a obecnie adaptowano go na punkt widokowy. Wysokość obiektu ponad poziom terenu wynosi 45,25 m, a taras widokowy znajduje się ok. 41 m nad poziomem terenu. W rejonie wieży występują silne wstrząsy terenu górniczego. W przeszłości, gdy wieża pełniła funkcję komina, a następnie wieży wodnej, obiekt znajdował się w rejonie filara ochronnego dla szybów dawnej kopalni ,,Ignacy”. Obszar filara był kilkakrotnie naruszany eksploatacją górniczą prowadzoną różnymi systemami. W ostatnich dziesięciu latach na wieżę oddziaływały wpływy eksploatacji górniczej prowadzonej na głębokości od 1054 m do 1172 m w pięciu pokładach. Bezpośrednio pod wieżą prowadzono eksploatację jedynie w pokładzie 703/1 w 2015 r. W wyniku prowadzonych eksploatacji wieża wychyliła się 10 mm/m. Wykonano obliczenia statyczne modelu konstrukcji polegające na uwzględnieniu wpływu obciążeń stałych, zmiennych i wychylenia oraz obliczenia dynamiczne, których celem było wyznaczenie wpływu silnych wstrząsów oddziałujących na wieżę. Na podstawie całkowania równań ruchu wyznaczono amplitudy przemieszczenia i przyśpieszenia w poziomie tarasu widokowego wywołane wstrząsem terenu górniczego o danym przebiegu. Na przykład wstrząs o amplitudzie przyśpieszenia równej 602 mm/s2 wywołuje przyśpieszenia w poziomie tarasu widokowego wynoszące 1050 mm/s2. Analiza spektralna pozwoliła na wyznaczenie naprężeń w elementach konstrukcji wieży wywołanych wstrząsami generowanymi przez KWK „Rydułtowy”. Wykazano, że dopuszczalne obliczeniowo obciążenie obiektu wstrząsem terenu górniczego, wyrażone maksymalną amplitudą przyśpieszeń drgań, zależy od wychylenia wieży. Przy wychyleniu równym 15 mm/m i założonych wytrzymałościach materiału elementów konstrukcji dopuszczalna obliczeniowo amplituda wstrząsów wynosi 1800 mm/s2. Przeprowadzone analizy pozwalają na stwierdzenie, że w przypadku części obiektów budowlanych odporność dynamiczna na wstrząsy terenu górniczego zależy od ustalonej odporności statycznej.The historic tower was built in the 1880. In the beginning it used to be a chimney, then in the 1954 it was turned to the supporting construction of water tank. In the last years it has been adapted as a viewpoint. The height of the object is 45.25 m, and the viewing terrace is about 41 m above the ground level. Strong mining tremors appears in the tower area. In 2015, directly under the tower, coal extraction was conducted. As a result of this the inclination of tower equal to 10 mm/m appeared. This paper presents calculations of the structural model which take into account the influence of constant and variable loads as well as the influence of mining tremors. The aim of the calculations was to determine the impact of mining tremors on the tower. The amplitude of the displacement and acceleration at the level of the viewing terrace was computed basing on the numerical integration of equations of the motion. For example a mining tremor of an amplitude of 602 mm/s2 accelerates the observation deck level to 1050 mm/s2. Spectral analysis allowed to determine the stresses in the elements of the tower construction caused by mining tremors. It has been shown that the admissible level of mining tremors depends on the tower deflection. The analyses made it possible to conclude that the dynamic resistance of the tower to the mining tremors depends on the established static resistance

Analysis of the condition and deflections of buildings subject to intense mining exploitation

W artykule przedstawiono wyniki obserwacji wychylonych budynków, poddanych intensywnym wpływom podziemnej eksploatacji górniczej. Na podstawie oględzin określono stan techniczny i uszkodzenia obiektów. Ponadto dokonano porównania pomierzonych wychyleń z prognozowanymi nachyleniami terenu górniczego. Stwierdzono, że wychylenie budynku zależy nie tylko od nachylenia terenu górniczego. Wpływ na wartość i kierunek wychylenia mają także pozostałe parametry terenu górniczego, w szczególności odkształcenia. Ponadto istotne znaczenie na zwiększenie wartości wychylenia ma morfologia terenu. Ustalono, że w przeanalizowanych przypadkach położenie budynku na nachylonym terenie zwiększa wartość wychylenia budynku względem prognozowanych nachyleń terenu górniczego. Wynika to z różnej głębokości posadowienia obiektów na nachylonym terenie oraz ze zmiany stosunków wodnych.This paper presents the results of observation of deflected buildings located on the mining area and subject to intensive ground deformations. On the basis of visual inspection, the technical condition and damage of buildings were defined. In addition, the measured deflections of the objects were compared with the calculated slope of the mining area. It was found that the building’s deflection depends not only on the slope of the mining area. The other parameters of the mining area, in particular deformations, also influence the value and direction of the building’s deflection. In addition, the morphology of the terrain is of great importance for increasing the value of the deflection. In the analyzed cases, it was found that the location of the building on the inclined train increases the value of the building’s deflection relative to the calculated slope of the mining area. This is due to the different depth of the foundation of the objects and the change in water conditions

Content of some microelements in the body of soil macrosaprophagans as affected by environment acidity

Znaczenie makrosaprofagów dla środowiska ściółkowo-glebowego polega na ich specyficznym udziale w immobilizacji i mobilizacji różnych pierwiastków, co wpływa stabilizująco na komponenty ekosystemu. Ta funkcja stabilizująca jest szczególnie ważna w ekosystemach, w których gleby charakteryzują się dużymi fluktuacjami w dostępności pierwiastków. Makrosaprofagi, poprzez koncentrację wielu mikroelementów, oddziałują stabilizująco na ich krążenie, uwarunkowane z jednej strony magazynowaniem, a z drugiej sukcesywnym uwalnianiem. Z uwagi na tę rolę makrosaprofagów oraz fakt, że coraz częściej na skutek antropopresji środowisko życia tych zwierząt ulega nadmiernemu zakwaszeniu, oznaczono zawartość Zn, Mn, Fe i Cu u dwóch gatunków krocionogów i dwóch gatunków równonogów przebywających w warunkach o obniżonym pH. Stwierdzono, że zawartość oznaczonych mikroelementów - Zn, Mn, Fe i Cu u badanych makrosaprofagów była zróżnicowana w zależności od gatunku. Wykazano wysoki stopień kumulacji miedzi, nieco mniejszy cynku i tylko niewielki manganu. Poziom żelaza u badanych zwierząt był o wiele niższy niż w ściółce. Odnotowano, że obniżenie pH, generalnie, zwiększało zawartość oznaczonych mikroelementów u krocionogów, a zmniejszało u równonogów.The importance of macrosaprophagans for the litter-soil environment consists largely in a specific role these organisms play in immobilization and mobilization of various elements. This, in turn, stabilizes the ecosystem's components. This stabilizing function is particularly important in ecosystems with soils exhibiting huge fluctuations in elements’ availability. Owing to numerous trace elements macrosaprophagans stabilize their circulation which is dependent on their storing on one hand and their successive release on the other. Because of this role of macrosaprophagans and the fact that the living environment of these animals undergoes excessive acidification as a result of anthropopressure more and more frequently, the Zn, Mg, Fe and Cu levels were determined in two species of millipedes and two species of isopods living in lower - pH environments. It was discovered that the amount of determined trace elements - Zn, Mn, Fe and Cu - in examined macrosaprophagans varies depending on their species. A high level of copper accumulation, slightly lower in the case of zinc and low in the case of manganese were observed. The level of iron in examined animals is much lower than in the litter. It was observed that lowering of pH generally increases the content of determined trace elements in millipedes and reduces the content of those elements in isopods