Studenckie Koło Naukowe Konstruktor z Politechniki Białostockiej wygrało ogólnopolski konkurs StRuNa

Studenckie Koło Naukowe Konstruktor z Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej wygrało 14. ogólnopolski konkurs w kategorii StRuNa-Tech 2024. Projekt „Wykorzystanie zużytych łopat turbin wiatrowych do budowy lekkich mostów stalowo-kompozytowych do wykorzystania na terenach popowodziowych jako przykład gospodarki o obiegu zamkniętym” zaproponował dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB, z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej, opiekun Koła.

Studenci w zgłoszeniu wykorzystali zaprojektowany wcześniej łukowy most z niewielkich profili kwadratowych przenoszący obciążenie do 1 T. Składana z prefabrykatów konstrukcja wygrała międzynarodowy konkurs mostów stalowych BRICO 2024 w Tallinie. Most zdobył nagrodę główną i nagrody dodatkowe za najlepszą prezentację mostu, jego design oraz oryginalność a także, za najlepszy stosunek masy do ugięcia konstrukcji.

– Naszym zadaniem w konkursie StRuNa było zaprezentowanie konstrukcji naszego mostu stalowego, który wygrał BRICO – opowiada inż. Krzysztof Słoma, student studiów magisterskich na kierunku budownictwo na Wydziale Budownictwa i Nauk o Środowisku i przewodniczący Studenckiego Koła Naukowego Konstruktor. – Później pokazaliśmy, jak możemy wykorzystać  nasz most w warunkach rzeczywistych. W warunkach popowodziowych mógłby znaleźć zastosowanie jako kładki przeprawowe, szybkie lekkie konstrukcie mostowe. Pokazaliśmy, że został zaprojektowany w taki sposób, że zwiększając przekroje elementów i wymiary całej konstrukcji przenoszone obciążenie będzie wzrastać wykładniczo, a zatem doskonale nadaje się jako tymczasowa konstrukcja mostowa. Szybko jesteśmy w stanie ją złożyć, a później usunąć.

Dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB, opiekun Konstruktora zaproponował studentom wykorzystanie elementów zużytych turbin wiatrowych jako płyt pomostowych, które przenosiłyby obciążenie dynamiczne ruchu pieszych czy niewielkich samochodów na konstrukcję studentów.

– Nasz projekt  idealnie wpisuje się w idee gospodarki o obiegu zamkniętym – podkreśla inż. Słoma. – Materiały wcześniej użyte jako elementy w turbinach wiatrowych można wykorzystać w naszej konstrukcji.

Do konkursu przystąpili:

inż. Gabriela Sielawa, studentka studiów magisterskich na kierunku budownictwo Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej

inż. Dominika Siłkowska, studentka studiów magisterskich na kierunku budownictwo Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej

mgr inż. Emilia Sołowiej, absolwentka kierunku mechanika i budowa maszyn Wydziału Mechanicznego Politechniki Białostockiej 

inż. Krzysztof Słoma, student  studiów magisterskich na kierunku budownictwo Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej

Wykorzystanie zużytych łopat turbin wiatrowych do budowy lekkich mostów stalowo-kompozytowych do wykorzystania na terenach popowodziowych jako przykład gospodarki o obiegu zamkniętym

– U podstaw pomysłu była pilna potrzeba zagospodarowania lub recyklingu  wycofywanych z eksploatacji łopat turbin wiatrowych oraz opracowanie koncepcji lekkich prefabrykowanych mostów stalowo-kompozytowych pracujących w agresywnych środowiskach drogowych – wyjaśnia dr hab. inż. Mirosław Broniewicz, prof. PB z Katedry Konstrukcji Budowlanych i Mechaniki Budowli Wydziału Budownictwa i Nauk o Środowisku Politechniki Białostockiej, opiekun Koła. – Najbardziej newralgicznym elementem mostów jest płyta pomostowa. Jest to część konstrukcji mostu, która przenosi obciążenia na konstrukcje nośną oraz najczęściej ulega uszkodzeniu pod wpływem warunków atmosferycznych i ruchu na moście. Z tego powodu konieczne jest zaprojektowanie płyty mostu jako lekkiego prefabrykowanego elementu kompozytowego, odpornego na warunki atmosferyczne oraz zanurzenie w wodzie, który będzie dostosowany do wykorzystania w mostach i kładkach kratowych oraz mostach tymczasowych przeznaczonych do wykorzystania na terenach po powodziowych.

Główne etapy projektu lekkiego mostu stalowo-kompozytowego do wykorzystania na terenach popowodziowych jako przykład gospodarki o obiegu zamkniętym

Etap 1. Analiza koncepcyjna wykorzystania łopat turbin wiatrowych do wykonywania lekkich mostów stalowo-kompozytowych.

Etap 2. Analiza cech fizycznych materiałów kompozytowych z łopat turbin wiatrowych, wady i zalety uzyskanych płyt kompozytowych, analiza wymiarów różnych typów łopat oraz sposobów ich cięcia.      

Etap 3. Badania wstępne elementów kompozytowych wyciętych z łopat, obejmujące sprawdzenie warunków wykonania, wstępne odkształcenia, wykończenia powierzchni i zabezpieczenia przed korozją.

Etap 4. Weryfikacja obliczeniowa analizowanych rozwiązań technicznych lekkich mostów stalowo-kompozytowych GFRP według obowiązujących norm przedmiotowych, obejmującą zebranie obciążeń, sprawdzenie nośności w krytycznych przekrojach oraz ich odkształcenia.

Etap 5. Badania doświadczalne prototypu mostu w skali półtechnicznej , opracowanie planu badań, przygotowanie stanowiska badawczego wraz z aparaturą pomiarową, porównanie wyników badań doświadczalnych z wynikami analitycznym otrzymanymi na podstawie obliczeń według norm europejskich (Eurokodów).

Etap 6. Budowa modelu numerycznego mostu stalowo-kompozytowego w środowisku MES, walidacja modelu oraz weryfikacja wyników z badaniami doświadczalnymi.

Etap 7. Analiza parametryczna przeprowadzona na podstawie opracowanego modelu numerycznego. Przygotowanie planu eksperymentu numerycznego oraz wyspecyfikowanie parametrów wpływu.

Etap 8 Zaproponowanie metody określania nośności kompozytowej płyty pomostu w lekkich mostach stalowo-kompozytowych, która pozwala na określenie jej nośności na obciążenia norm przedmiotowych.

– Pomysł wykorzystania zużytych łopat turbin wiatrowych do wykonywania lekkich mostów drogowych wpisuje się w koncepcje gospodarki zamkniętej – potwierdza prof. Broniewicz. – Energia wiatrowa jest źródłem czystej, niedrogiej i bezemisyjnej energii elektrycznej. Ten rodzaj wytwarzania energii elektrycznej jest uważany za energię odnawialną, ponieważ jest samoodnawialny i nie emituje substancji zanieczyszczających do atmosfery. Aby źródło energii było naprawdę „zielone”, musi mieć zerowy wpływ na środowisko pod względem odpadów i emisji w ciągu całego cyklu życia. Istotne jest również uwzględnienie wpływu na środowisko po zakończeniu okresu użytkowania. Dlatego tak ważne jest, aby poddać recyklingowi lub ponownie wykorzystać stare łopaty turbin wiatrowych, gdy spełnią już swoje zadanie.

(jd)