Analiza numeryczna wpływu wielokrotnej eksploatacji pokładów węgla na murowaną konstrukcję sklepień kościoła

Niniejszy artykuł przedstawia analizę numeryczną zachowania się sklepień kościoła po 150 latach użytkowania. Te osiadania były powodem pojawienia się wielu uszkodzeń, które były sukcesywnie naprawiane. Konstrukcja została również wzmocniona przez założenie stalowego rusztu w poziomie podparcia sklepień (głowice kolumn) oraz żelbetowej tarczy z żelbetowymi ściągami poniżej posadzki kościoła. Analiza numeryczna zastała spowodowana zapytaniem przedsiębiorcy górniczego o możliwość przejęcia następnych wpływów deformacji górniczych przez konstrukcję kościoła. Analizę numeryczną prowadzono w dwu etapach. Pierwsza część obliczeń była skupiona na odwzorowaniu aktualnego stanu konstrukcji. Osiadania górnicze były wprowadzone do modelu numerycznego w postaci przemieszczeń pionowych podpór zgodnie z danymi pomiarowymi. Po dokonaniu pozytywnej oceny wyników obliczeń została wykonana druga część obliczeń – prognozowane deformacje podłoża zostały wprowadzone do obliczeń. Wyniki obliczeń przedstawiono w postaci map naprężeń głównych sklepień. Pokazywały one obszary podniesionych poziomów naprężeń rozciągających i ściskających. Naprężenia rozciągające przekroczyły wytrzymałość na rozciąganie materiału (muru ceglanego), ale wytrzymałość na ściskanie nie została przekroczona. Opisuje to pracę zgięciową sklepień i pokazuje możliwość rozwoju dalszych zarysowań. Na szczęście zarysowania nie będą zagrożeniem dla konstrukcji dzięki stalowemu wzmocnieniu umieszczonemu w poziomie podparć sklepień.

This paper presents a numerical analysis of behaviour of church vaults in use for 150 years. The subsidence caused many failures which were being repaired successively. The structure was also strengthened by a steel grate placed on the level of the vaults support (columns heads) as well as an RC horizontal deep-beam with RC anchors below the church floor. The numerical analysis was initiated and inspired by an inquiry of a mining entrepreneur whether it was possible for the church structure to take over successive influence of mining deformations. The numerical analysis was conducted in two stages. The first part of calculations was focused on proper modelling of the current condition of the structure. Mining subsidence was introduced into the numerical model in the form of vertical supports displacements according to measuring data. After positive evaluation of the calculations results the other part of calculations was carried out – the predicted ground displacements were added to the calculations. The calculations results were presented in the form of maps of principal vaults stresses. They show areas of increased levels of tensile and compressive stresses. Tensile stresses exceeded the tensile strength of the material (a brick wall) whereas the compressive strength was not exceeded. It describes the bending work/performance of the vaults and shows the possibility of further cracks development. Fortunately, the cracks will not threaten the structure thanks to the steel strengthening placed into vaults support.