English
Język Polski
Eksperymentalna i numeryczna weryfikacja normowej procedury wyznaczania nośności kompozytowych słupów oświetleniowych GFRP
DOI:
https://doi.org/10.24425/ace.2025.153340Abstrakt
Głównym celem pracy była weryfikacja naukowa obliczeniowej procedury normowej, umożliwiającej projektowanie słupów GFRP o przekroju kołowym, wykonanych z tworzywa polimerowego wzmocnionego włóknem szklanym, poddanych obciążeniom poziomym. W celu osiągnięcia zamierzonego rezultatu opracowano model numeryczny słupów kompozytowych GFRP z otworem rewizyjnym uwzględniający nieliniowe zachowanie się słupów poprzedzające fazę zniszczenia. Weryfikację opracowanego modelu numerycznego dokonano poprzez realizację programu eksperymentalnego obejmującego badania doświadczalne 11 słupów oświetleniowych GFRP w skali naturalnej oraz badania materiałowe kompozytu. W pierwszej części pracy zastosowano procedurę normową obliczania nośności oświetleniowych słupów kompozytowych z otworem rewizyjnym według postanowień norm (PN-EN 40-3-3, 2013) oraz (PN-EN 40-7, 2004) do obliczeń projektowych badanych słupów, wyznaczając ich nośność na zginanie we wszystkich punktach krytycznych oraz wartość ugięcia wierzchołka słupa. Sprawdzono warunki stanu granicznego nośności porównując obliczone nośności z wartościami momentów zginających od obciążenia wiatrem wyznaczonych w przypadku słupów kompozytowych zgodnie z postanowieniami normy (PN-EN 40-3-1, 2014) oraz warunki stanu granicznego użytkowalności, porównując ugięcia poziome słupów w miejscu przyłączenia latarni z wartościami dopuszczalnymi. Stwierdzono, że wykorzystanie nośności badanych słupów w miejscu otworu rewizyjnego wynosi od 5% w przypadku słupów o wysokości 3,0 m do 55% w przypadku słupów o wysokości 9,0 m, natomiast przemieszczenie wierzchołka badanych słupów we wszystkich przypadkach jest mniejsze od wartości dopuszczalnych. Następnie przedstawiono badania doświadczalne słupów GFRP w skali naturalnej przeprowadzone zgodnie z normą (PN-EN 40-3-2, 2014), których celem było uzyskanie danych doświadczalnych dotyczących nośności i sztywności słupów kompozytowych GFRP poddanych obciążeniom statycznym oraz eksperymentalne zbadanie zjawiska utraty stateczności trzonu słupa w sąsiedztwie otworu rewizyjnego. Plan badań obejmował jedenaście słupów oświetleniowych o długościach od 3,0 m do 9,0 m. Analizowano cztery formy zniszczenia słupów: w obszarze otworu rewizyjnego, przy podstawie, w obszarze poza otworem rewizyjnym oraz utratę stateczności miejscowej w wyniku owalizacji przekroju. We wszystkich badanych słupach wystąpiła ta sama forma wyczerpania nośności słupa polegająca na zniszczeniu trzonu w obszarze otworu. Dokonano również porównania wartości nośności otrzymanych z badań doświadczalnych z wynikami uzyskanymi na podstawie obliczeń według normy przedmiotowej.Bibliografia
[1] D. Di Vito, M. Kanerva, J. Järveläinen, A. Laitinen, T. Pärnänen, K. Saari, K. Kukko, H. Hämmäinen, and V. Vuorinen, “Safe and Sustainable Design of Composite Smart Poles for Wireless Technologies”, Applied Sciences, vol. 10, no. 21, art. no. 7594, 2020, doi: 10.3390/app10217594.
[2] “Lamp Posts”, StrunoBet Migacz. [Online]. Available: https://strunobet.com/lamp-posts. [Accessed: 10 May 2023].
[3] M. Broniewicz, E. Broniewicz, K. Dec, and S. Lubas, “Barriers to sustainable composite poles adoption in infrastructure”, Economics and Environment, vol. 77, no. 2, pp. 27-38, 2021, doi: 10.34659/2021/2/10.
[4] M. Broniewicz, F. Broniewicz, and E. Broniewicz, “A Full-Scale Experimental Investigation of Utility Poles Made of Glass Fibre Reinforced Polymer”, Materials, vol. 14, no. 23, art. no. 7398, 2021, doi: 10.3390/ma14237398.
[5] EN 40-3-3:2013 Lighting columns Design and verification. Verification by calculation.
[6] E.J. Barbero and I.G. Raftoyiannis, “Local Buckling of FRP Beams and Columns”, Journal of Materials in Civil Engineering, vol. 5, no. 3, pp. 339-355, 1993, doi: 10.1061/(ASCE)0899-1561(1993)5:3(339).
[7] Z.M. Lin, Analysis of Pole-Type Structures of Fibre Reinforced Plastics by Finite Element Method. University of Manitoba, 1995.
[8] D. Polyzois, I.G. Raftoyiannis, and S. Ibrahim, “Finite elements method for the dynamic analysis of tapered composite poles”, Composite Structures, vol. 43, no. 1, pp. 25-34, 1998, doi: 10.1016/S0263-8223(98)00088-9.
[9] R. Masmoudi and S. Metiche, “Full-Scale Flexural Testing on Fibre-Reinforced Polymer (FRP) Poles”, The Open Civil Engineering Journal, vol. 1, no. 1, pp. 37-50, 2007, doi: 10.2174/1874149500701010037.
[10] P. Wysmulski, K. Falkowicz, and P. Filipek, “Buckling state analysis of compressed composite plates with cut-out”, Composite Structures, vol. 274, 2021, doi: 10.1016/j.compstruct.2021.114345.
[11] EN 40-7:2002 Lighting columns Requirements for fibre reinforced polymer composite lighting columns.
[12] EN 40-3-1:2013 Lighting columns - Part 3-1: Design and verification - Specification for characteristic loads.
[13] EN 40-3-2:2014 Lighting columns - Part 3-2: Design and verification - Verification by testing.
[14] M. Sandberg, O. Yuksel, R.B. Comminal, M.R. Sonne, M. Jabbari, M. Larsen, F.B. Salling, I. Baran, J. Spangenberg, J.H. Hattel, “Numerical modeling of the mechanics of pultrusion”, in Mechanics of Materials in Modern Manufacturing Methods and Processing Techniques, V. Silberschmidt, Ed. Elsevier, 2020, pp. 173-195, doi: 10.1016/B978-0-12-818232-1.00006-0
[15] J. Rakowski and P. Wielentejczyk, “Dynamics of Reissner-Mindlin plate strips by FEM”, Vibrations in Physical Systems, vol. 20, pp. 250-251, 2002.
[16] STATISTICA v. 13.0. [Online]. Available: https://statistica.software.informer.com/13.0/.
[17] ISO 2602:1980 Statistical interpretation of test results - Estimation of the mean - Confidence interval.
Pobrania
Opublikowane
Jak cytować
Numer
Dział
