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.

Nowe wydanie 2021-2 FRILO umożliwia obliczanie belek z drewna klejonego krzyżowo.

Wraz z najnowszą wersją 2021-2 FRILO rozszerzyło swoje portfolio produktów do analizy konstrukcji drewnianych i wprowadziło na rynek zupełnie nowe rozwiązanie. Program HTB+ to rozwiązanie przygotowane dla użytkowników oprogramowania do obliczania belek wykonanych z drewna klejonego krzyżowo.

Wykorzystanie drewna w budownictwie jest coraz bardziej popularne wśród architektów, inżynierów budownictwa i inwestorów na całym świecie. Rozwój i wprowadzenie drewna klejonego krzyżowo jako rewolucyjnego produktu budowlanego w znaczący sposób przyczynia się do popularyzacji konstrukcji drewnianych. Drewno klejone jest używane zarówno do budowy elementów belkowych, jak również ścian, stropów czy konstrukcji dachowych. Konstrukcje z drewna klejonego znajdują zastosowanie nie tylko w budowie domów jedno- i wielorodzinnych, ale także w wielopiętrowym budownictwie mieszkaniowym czy w budowie wieżowców. Wysoka nośność, smukłe konstrukcje ścian oraz doskonałe właściwości przeciwpożarowe i akustyczne sprawiają, że konstrukcje drewniane będą nadal zyskiwać na znaczeniu. Niedrogi, mało skomplikowany i szybki montaż drewna klejonego sprawia, że wykorzystywane jest ono także w budownictwie przemysłowym.

FRILO odpowiada na rosnącą popularność drewna klejonego krzyżowo

Program HTB+ to rozwiązanie FRILO będące reakcją na nowe potrzeby projektantów konstrukcji budowlanych. Program może być używany do obliczania elementów z drewna klejonego, takich jak belki jedno- i wieloprzęsłowe ze wspornikami lub bez nich. Przekrój elementu składa się z co najmniej trzech warstw lameli sklejonych ze sobą pod kątem prostym. Przy wprowadzaniu danych można indywidualnie zaprojektować przekrój pod względem liczby warstw, ich grubości oraz orientacji (wzdłuż/poprzecznie). Ponadto jako wartości zdefiniowane przez użytkownika można wprowadzić dowolne materiały z drewna iglastego lub indywidualne parametry materiałowe zawarte w ateście budowlanym producenta drewna klejonego, dodatkowo podczas wprowadzania danych można opcjonalnie wymusić symetryczną strukturę.

Cechy szczególne wymiarowania

W projekcie element z drewna klejonego krzyżowo jest traktowany jako element belkowy, pasek o szerokości jednego metra. W stanie granicznym nośności sytuacja jest rozpatrywana zarówno na stałe, jak i tymczasowe obciążenia. W każdym przypadku sprawdzane są naprężenia normalne i styczne. Możliwa jest również analiza nośności w czasie pożaru i badanie stanu granicznego użytkowalności.

Dzięki programowi S7+ firma FRILO zapewnia narzędzie służące do obliczania stalowych ram hal jednonawowych. Szczególnie warte uwagi są aplikacje SRE+ i SPS+ do obliczania połączeń. Opcje inteligentnego przekazania obciążeń pozwalają projektantom konstrukcji budowlanych na znacznie wydajniejszą pracę i pomagają w ekonomicznym projektowaniu całej konstrukcji.

Program FRILO S7+ umożliwia inżynierom budowlanym niezawodne i łatwe obliczanie jednonawowych ram hal wykonanych ze stali. Jest on dostosowany do szczególnych wymagań konstrukcji hal i dlatego znacząco przyczynia się do skrócenia czasu i wysiłku związanego z wymiarowaniem konstrukcji ramowych. W programie ramy hal mogą być wymiarowane za pomocą rygli ustawionych poziomo lub nachylonych. Ten zakres ma tę wielką zaletę, że oprócz dachów spadzistych można obliczyć również dachy jednospadowe i płaskie. Ponadto można wziąć pod uwagę zwisy dachowe i asymetryczne ramy. Dzięki ostatniej wersji 2021-2 można wybierać różne gatunki stali dla słupów, belek i śrub. Szczególną funkcją oferowaną przez S7+ jest opcja transferu, która pozwala na efektywne i szybkie wymiarowanie detali połączeniowych po obliczeniu ramy. W tym celu w S7+ wbudowano interfejs z aplikacji SRE+ i SPS+ umożliwiający szczegółową weryfikację. Podczas gdy narożniki ramy SRE+ mogą być spawane lub przykręcane, SPS+ służy do wymiarowania połączenia w kalenicy.

Funkcje SRE+ i SPS+

Oba programy są połączone bezpośrednio z S7+. Program SRE+ umożliwia inżynierom budowlanym wymiarowanie skręcanych lub spawanych węzłów sztywnych ram w konstrukcjach stalowych. SRE+ pozwala również na obrócenie systemów o 90°. Belka może łączyć się z podporą ciągłą (narożnik T) lub kończyć się nad podporą (narożnik K) lub przebiegać w sposób ciągły (narożnik T obracany). Dostępne są profile dwuteowe. Z drugiej strony, dzięki rozwiązaniu FRILO do połączeń czołowych SPS+ można zwymiarować połączenia belek czołowych w konstrukcji stalowej. W przypadku połączenia doczołowego dwie belki są połączone za pomocą przyspawanych płaskich lub wystających blach czołowych przez dwa  lub cztery pionowe rzędy śrub, dzięki czemu są odporne na zginanie. Jako typy profili dozwolone są profile w kształcie litery I.

Wymiana danych między aplikacjami

W codziennej praktyce często przyjmuje się, że połączenia sztywne posiadają te cechę bez operacji sprawdzenia podczas obliczania konstrukcji. W związku z tym przy określaniu sił wewnętrznych nie uwzględnia się charakterystyki momentu obrotowego połączenia. Aby jednak uwzględnić je w obliczeniach konstrukcyjnych, połączenia są wymiarowane po przekazaniu w odpowiednim programie na podstawie metody elementów według DIN EN 1993-1-8. Wyznacza się nośność momentową Mj, Rd oraz sztywność obrotową Sj połączeń. Za pomocą sztywności obrotowej połączenia w narożach ramy i w kalenicy można sklasyfikować jako przegubowe, sztywne lub plastyczne. W przypadku połączenia przegubowego zakłada się, że nie są przenoszone żadne momenty zginające. Chociaż charakterystykę momentu obrotowego można pominąć w obliczeniach szkieletu połączenia sztywnego, należy ją uwzględnić w przypadku połączenia sklasyfikowanego jako odkształcalne. Ustalona wcześniej sztywność obrotowa może zostać ponownie wrzucona do S7+ przez programy SRE+ lub SPS+ po obliczeniu połączenia. Ponadto zmiany w materiale lub przekrojach mogą być automatycznie przyjmowane w S7+. Dlatego cały proces roboczy skupia się na ekonomicznym wymiarowaniu i związanych z tym oszczędnościach materiałowych w połączeniach przenoszących moment, biorąc pod uwagę rzeczywiste zachowanie nośne w realistyczny sposób. Współpraca między aplikacjami pozwala na obliczenia iteracyjne, a tym samym na ogólną optymalizację konstrukcji ramy.

Zacznij z przewagą i zapewnij sobie wsparcie specjalistów FRILO!
Przy zakupie dowolnego pakietu FRILO otrzymasz od nas kompleksowe wdrożenie wybranego rozwiązania – zaczynając od instalacji zdalnej, przechodząc przez wsparcie serwisowe online, a kończąc na profesjonalnej pomocy przy nauce obsługi oprogramowania przez pierwszy miesiąc użytkowania.

Dowiedz się więcej o FRILO!

Belka Ciągła

To bestsellerowe oprogramowanie umożliwia obliczanie jednoprzęsłowych i ciągłych belek z betonu zbrojonego, drewna, stali i aluminium. Program umożliwia szybką analizę również dwuosiowych efektów oddziaływań oraz generuje proponowany układ zbrojenia dla belek żelbetowych.

Model Budynku

Aplikacja GEO pozwala na analizę modelu 3D jako całości. Dzięki zaawansowanym narzędziom użytkownik może powielać zdefiniowane piętra oraz dowolnie je edytować. Model Budynku wyposażony jest w funkcję GEO-HL, która umożliwia obciążenie modelu oddziaływaniem wiatru oraz trzęsieniem ziemi.

Wykonanie Dokumentacji

Program FRILO posłuży Ci jako uniwersalne narzędzie do tworzenia dokumentacji w formacie PDF. Dzięki programowi FDD automatycznie możesz tworzyć katalogi i podkatalogi, w których znajdują się wyniki poszczególnych elementów analizowanych w ramach projektu.

MES

Z modułem MES wykonasz obliczenia konstrukcyjne ścian, dźwigarów oraz obliczysz płyty o dowolnym kształcie wykorzystując metodę elementów skończonych. Moduł MES jest połączony bezpośrednio z programem Allplan, co umożliwia dwustronną wymianę informacji między programami.

Rama

Program ram dwuwymiarowych i trójwymiarowych zoptymalizuje proces obliczeń konstrukcji prętowych, który w późniejszym czasie można rozszerzyć o dodatkowe opcje. Użytkownik może wybierać spośród wielu popularnych metod obliczeniowych, a także urozmaicać swoje projekt o dodatkowe opcje ze stali, drewna czy betonu.

Wypełnij poniższy formularz!