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

Abstract

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