Prof. dr inż. Seeßelberg mówi o torach jezdnych dźwigów i ingerencji w istniejące konstrukcje
Liczne istniejące tory jezdne dla suwnic w Niemczech rozwijają się od lat. Jednocześnie są uważane za siłę napędową wielu operacji przemysłowych. Na tym tle ekspert ds. torów suwnic prof. dr inż. Christoph Seeßelberg z Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Monachium opowiada o dzisiejszych standardach bezpieczeństwa w odniesieniu do zmęczenia, sprytnych koncepcjach postępowania z istniejącymi torowiskami dźwigów i strategicznych decyzjach, przed którymi stoją operatorzy.
Dzień dobry, panie Seeßelberg. Dźwigary toru suwnicowego to proste systemy konstrukcyjne. Niemniej jednak są uważane za specjalne konstrukcje nośne w konstrukcjach stalowych. Dlaczego?
Seeßelberg: Chociaż dźwigary toru suwnicowego są w rzeczywistości prostym kawałkiem stali, zasługują na szczególną uwagę z pięciu powodów. Po pierwsze, ponieważ suwnica porusza się po dźwigarze, obciążenia są dynamiczne i stale działają w innym punkcie. Prowadzi to do problemu sztywnego przenoszenia obciążeń, ponieważ każdy punkt na belce jest potencjalnym punktem przeniesienia obciążenia. Po trzecie, mamy do czynienia z niezwykle złożonymi przypadkami stabilności. W około połowie wszystkich nowo budowanych dźwigarów suwnic przekrój jest określony przez graniczne ugięcia. I wreszcie, szczególną uwagę należy zwrócić na aspekt zmęczeniowy dźwigara jezdnego suwnicy.
Tym szczególnym cechom towarzyszą wyzwania związane z projektowaniem, budową i konserwacją dźwigarów suwnic. W świetle aktualnych trendów i wydarzeń, jakie wyzwania kształtują obecnie Twoją pracę?
Seeßelberg: Oprócz pomocy w opracowaniu następnych standardów w dziedzinie eurokodów dla torów suwnicowych, jestem obecnie szczególnie zaniepokojony starzejącą się infrastrukturą przemysłową w Niemczech. Obejmuje to dźwigary suwnic, z których wiele zostało zbudowanych w latach 50. i 80. XX wieku. Docelowy okres użytkowania dźwigara suwnicy wynoszący 25 lat został zatem w wielu miejscach przekroczony. W związku z tym musimy myśleć o sprytnych koncepcjach prawidłowej obsługi istniejących torów jezdnych dźwigów. Nadrzędną rolę odgrywa tu temat ingerencji w istniejące konstrukcje.
Możliwość modyfikowania istniejących konstrukcji budowlanych jest dobrym pomysłem na budownictwo zrównoważone i oszczędzające zasoby, a zatem może być zidentyfikowana jako ogólny przyszły trend w branży budowlanej. Co jest istotą wymiany dźwigara w istniejącej konstrukcji?
Seeßelberg: Wymiana dźwigara suwnicy w istniejącej konstrukcji często przypomina operację na otwartym sercu i jest o wiele bardziej skomplikowana niż budowa zupełnie nowej hali. Decyzja pomiędzy wymianą lub dalszym użytkowaniem dźwigara suwnicy jest decyzją strategiczną.
Jakie aspekty wpływają na tę strategiczną decyzję?
Seeßelberg: Dźwigary suwnic są bardzo często siłą napędową firm takich jak huty czy odlewnie. Zatrzymanie się systemów dźwigowych w wyniku uszkodzenia może prowadzić do wielomilionowych strat ekonomicznych. W związku z tym, podejmując decyzję, operatorzy muszą rozważnie i ostrożnie rozważyć dwie opcje. Po pierwsze: Czy profil powinien zostać wymieniony jako środek ostrożności, ponieważ jest użytkowany latami, mimo że nadal funkcjonuje zgodnie z aktualnym stanem techniki. Lub po drugie: czy istniejąca konstrukcja będzie nadal użytkowana, mimo że ryzyko nagłego uszkodzenia zmęczeniowego wzrasta wraz z wydłużającym się czasem użytkowania, a następnie może spowodować nieoczekiwane przestoje operacyjne. Aby podjąć te strategiczne decyzje, musi być możliwe jak najdokładniejsze prognozowanie, jak długo dźwigar suwnicy może być nadal używany i jak prawdopodobne jest wystąpienie uszkodzeń.
Decydującym kryterium tej oceny jest wiek dźwigarów toru suwnicowego. Jak wygląda sytuacja w zakresie stateczności istniejących torów suwnicowych, które zostały zaprojektowane i wybudowane przed wprowadzeniem aktualnie obowiązujących Eurokodów?
Seeßelberg: Od lat 30. XX wieku mamy za sobą trzy etapy standaryzacji torów suwnicowych. W latach 1936-1980 stosowano normę DIN 120, która jest obecnie uważana za niebezpieczną, starą normę. Ponieważ przyjęte wówczas założenia dotyczące zmęczenia materiału i wielkości sił poziomych wynikających z eksploatacji były błędne. Może to wpłynąć na około 30% istniejących konstrukcji dżwigarów. W drugiej fazie, od 1981 do 2012 roku, normą była DIN 4132. Stan techniki, na którym opiera się norma DIN 4132, zasadniczo odpowiada temu, co do dziś uważamy za prawidłowe. Systemy dźwigowe, które zostały zaprojektowane zgodnie z DIN 4132, są zatem nadal uważane za bezpieczne. Od 2012 roku jesteśmy w trzeciej fazie wprowadzania Eurokodów.
W przypadku około 30% konstrukcji dźwigarów zbudowanych przed 1980 r. może być niejasne, czy spełniają one dzisiejsze standardy bezpieczeństwa. To całkiem sporo. Jakie konkretne problemy mogą pojawić się w przypadku starych torów suwnicowych?
Seeßelberg: Z jednej strony interesują nas stan graniczny nośności. Chodzi o to, aby dźwigary jezdne suwnicy były bezpieczne dla występujących obciążeń eksploatacyjnych suwnicy. Czasami firmy obsługują nowe lub dodatkowe suwnice o większym udźwigu na starych dźwigarach suwnic. Może to prowadzić do przeciążenia starych torów suwnicowych. Dzięki odpowiednim projektom można wzmocnić belki i zmodyfikować konstrukcję suwnicy, aby zmniejszyć naprężenia wynikające z eksploatacji. A tam, gdzie wzmocnienia nie są możliwe, należy zredukować obciążenie dźwigu suwnicy – za cenę nieco niższej wydajności przeładunku. W niektórych przypadkach, konstrukcje suwnicowe o nieco wyższym udźwigu mogą być eksploatowane również na starych torach suwnicowych.
A z drugiej strony?
Seeßelberg: Z drugiej strony radzenie sobie ze zmęczeniem materiału jest złożone. W przypadku torów suwnic starszych niż 25 lat często nie jest już możliwe wykazanie wystarczającego bezpieczeństwa zmęczeniowego. System toru jezdnego dźwigu może nadal wydawać się całkowicie nienaruszony na zewnątrz, ale wytrzymałość konstrukcji na naprężenia z czasem się zmniejszyła. Wyzwanie polega na tym, aby wyjaśnić niespecjalistom w firmach, że tory jezdne dźwigów, które nadal wydają się być wolne od zewnętrznych uszkodzeń, mogły mimo wszystko osiągnąć koniec swojego cyklu życia z powodu wstępnego uszkodzenia zmęczeniowego. Ale istnieją również metody pozwalające na dalsze użytkowanie, których nie można już dowieść, takie jak dokładniejsze kontrole mające na celu wykrycie uszkodzeń na wczesnym etapie i ich naprawę, a tym samym uniknięcie nagłych awarii.
Jak te kontrole działają w praktyce?
Seeßelberg: Niestety w Eurokodach nie ma przepisów regulujących obsługę starych systemów dźwigowych. W tym miejscu do gry wkracza zdrowy rozsądek inżynierski. Najpierw potencjalnie krytyczne obszary są wizualnie sprawdzane pod kątem uszkodzeń. Do wykrywania pęknięć stosuje się bardziej precyzyjne narzędzia, takie jak metoda penetracji barwnika. Wszelkie uszkodzenia są naprawiane przed ponownym uruchomieniem toru suwnicowego. Następnie za pomocą metod mechaniki pękania ustalany jest bezpieczny okres eksploatacji, a tym samym ustalany jest kolejny termin przeglądu. Do tego czasu tor suwnicowy może być nadal używany. Zawsze należy podejmować na nowo decyzję, czy dalsze użytkowanie jest opłacalne pomimo oczekiwanych napraw uszkodzeń i związanych z tym przestojów, czy też bardziej opłaca się wymienić element konstrukcyjny. W tym zakresie potrzebne jest duże doświadczenie, aby móc udzielić rzetelnych porad.
..i odpowiednie oprogramowanie. W jakim stopniu korzystanie z oprogramowania FRILO wspiera Cię w pracy doradczej?
Seeßelberg: Od 25 lat używam programu BTII+ do obliczania dźwigarów toru suwnicowego zgodnie z teorią zginania i skręcania II. Jego wyniki mają dla mnie charakter referencyjny. W przeciwieństwie do dźwigara toru jezdnego suwnicy S9+, którego można użyć do pełnej weryfikacji nowego dźwigara toru suwnicy, BTII+ nadaje się również do obliczania bardzo złożonych przypadków. Lubię używać BTII+ do określenia pozostałej żywotności starej suwnicy, ponieważ pozwala mi obliczyć naprężenia zmęczeniowe w dźwigarach.
Infrastruktura w Republice Federalnej Niemiec jest przestarzała. Dlatego w przyszłości zapotrzebowanie na inżynierów budownictwa lądowego pozostanie wysokie. Ale jak postrzegasz uniwersytety i uczelnie w zakresie promowania młodych talentów?
Seeßelberg: Jeśli studiujesz budownictwo na wydziale Inżynierii Lądowej w Niemczech, nie musisz się martwić o swoją zawodową przyszłość! Niestety, pomimo stosunkowo dużej liczby studentów, wydziały inżynierii lądowej kształcą mniej absolwentów, niż jest to obecnie wymagane w praktyce. W Ostatnie trzy semestry prowadzone online z powodu pandemii były niezwykle szkodliwe dla naszych studentów, którzy musieli prawie całkowicie zrezygnować z osobistego kontaktu z kolegami i wykładowcami. Nasze wysiłki na Uniwersytecie w Monachium często były chodzeniem po linie. Dokładaliśmy starań, by zagwarantować wysoką jakość edukacji i wspierać studentów, pomimo wszystkich przeszkód związanych z koroną. O tym, że odnieśliśmy sukces, świadczą pozytywne opinie, które raz po raz otrzymujemy od pracodawców naszych absolwentów. Znak firmowy Uniwersytetu Nauk Stosowanych w Monachium, polegający na łączeniu nauczania i badań w oparciu o wysoki poziom praktycznego zastosowania, z pewnością bardzo nam pomógł.
Wywiad przeprowadził Tim Kullmann
O osobie
Prof. dr inż. Christoph Seeßelberg od 2016 roku jest profesorem inżynierii budowlanej, konstrukcji stalowej i konstrukcji dźwigów na Wyższej Szkole Zawodowej w Monachium. Swoją wiedzą z zakresu budowy dźwigów autor dzieli się w książce „Kranbahnen – planen, konstruieren, berechnen, fertigen, inspizieren, ertüchtigen” (Pasy suwnicowe – planowanie, projektowanie, obliczanie, produkcja, inspekcja, podnoszenie klasyfikacji), która jest już w szóstym wydaniu.
