Розрахунок і конструювання бункерів

Конструкції бункерів розраховують на дію змінних тривалих навантажень тимчасових від ваги сипучого матеріалу, що заповнює бункер, постійних від власної ваги конструкцій і футеровки, а також постійних і змінних тривалих від надбункерного перекриття. У цілому конструкції бункера розраховують на загальний згин, враховуючи його просторову роботу. Стіни бункера розраховують на зусилля розтягу в горизонтальному напрямку і напрямку схилу, а також на дію згинальних моментів від місцевого згину із площини стінок.

Тиск сипучого матеріалу на стінки бункера приймають без урахування сил тертя між сипучим матеріалом і стінами бункера, оскільки вони для неглибоких ємностей незначні.

Динамічні дії сипучого матеріалу для розрахунку стінок і днища бункерів при завантаженні їх крупнокусковим матеріалом або сипучим – самоскидами чи грейферами, враховують введенням коефіцієнта надійності за динамічним навантаженням у межах взалежності від співвідношення об’ємів ковша і бункера в межах 0,2...0,5. Пірамідально-призматичні бункери – це багатогранні просторові конструкції, в яких грані стінок сумісно працюють, у результаті чого загальна жорсткість їх буде значною. Бункер розчленовують на окремі плоскі грані кожної сторони, що складаються із вертикальних і похилих стінок, які розраховують на тиск сипучого матеріалу заповнення незалежно одна від другої.

Для розрахунку будь-якого елемента бункера необхідно визначити величину тиску сипучого матеріалу заповнення на його стінки. Величина тиску залежить від фізико-механічних властивостей сипучого матеріалу, а також глибини y від поверхні матеріалу до будь-якої точки площини, в якій її визначають (рис.1.2.1, а), і від нахилу стінок бункера до горизонту. Напрям тиску приймається перпендикулярним до поверхні стіни в даній точці (рис.1.2.6).

Рис. 1.2.6. Епюра тиску сипучого матеріалу на стіни бункера

Методика визначення тиску сипучого матеріалу базується на передумовах теорії тиску сипучих матеріалів на площину, у відповідності з якою в кожній точці стінки діють дві складові тиску – вертикальна і горизонтальна (рис. 1.2.6), розрахункові значення яких обчислюють за формулами:

, (1.2.11)

, (1.2.12)

де коефіцієнт надійності за навантаженням; - питома вага сипучого матеріалу; - товщина шару матеріалу над даною точкою; - кут внутрішнього тертя сипучого матеріалу зазвичай приймають рівним куту природного схилу.

Рис. 1.2.7. Схема зусиль від тиску матеріалу на стінку воронки

Розрахункові значення нормального і дотичного тиску на будь-яку похилу площину з одиничними розмірами визначають за формулами:

, (1.2.13)

. (1.2.14)

До визначених зусиль складових тиску і додають розрахункові складові від власної маси похилої стінки g (з коефіцієнтом надійності за навантаженням )

(1.2.15)

Точний розрахунок бункерів слід виконувати як розрахунок просторових систем. Але навіть у пружній стадії він складний. Тому в розрахунках бункерів, умови яких допускають наявність в їхніх стінках тріщин, застосовують метод граничної рівноваги. Застосування цього методу ґрунтується на експериментальних дослідженнях, згідно з якими одиничний прямокутний бункер може руйнуватися за декількома схемами (рис.1.2.8, а-г): унаслідок місцевого згину стінок; розриву стінок від внутрішнього горизонтального розпору; відриву воронки; згину вертикальних стінок бункера у своїй площині за нормальними або похилими перерізами.

Рис. 1.2.8. Розрахункові схеми можливого руйнування бункера внаслідок:

а) згину стінок із своєї площини; б) розриву стінок бункера горизонтальними силами N; в) відриву воронки; г) згину вертикальних стінок бункера в своїй площині по нормальним і похилим перерізам; 1 – тріщини від згину стінки в своїй площині зовні бункера; 2 – тріщини від згину стінки в своїй площині з внутрішньої сторони бункера; 3 – тріщини від зусиль, що діють у площині стін бункера (нормальні і похилі)

Розрахунок бункера на міцність повинен забезпечити неможливість його руйнування за будь-якою із наведених схем.

Стіни бункера під дією навантажень, які діють перпендикулярно до їх поверхні, зазнають місцевого згину. Кожну стінку на місцевий згин розраховують окремо. Взаємний вплив сусідніх стін враховується наближено, враховуючи те, що по лінії їх контакту стіна жорстко защемлена. Крім згину стіни бункера розтягуються, вертикальні – в горизонтальному напрямку, похилі – в обох напрямках.

Моменти, які виникають в стінах призматичної частини бункера внаслідок згину із площини, визначають за таблицями довідкової літератури як для плит опертих по контору і защемлених по трьох сторонах, в залежності від співвідношення їх розмірів: при , стінки розраховують як плити оперті по контуру, при - як балкові плити, а при - як замкнуті в горизонтальній площині рами.

У плитах стін розтягнуті зони від згинальних моментів утворюються: в прольоті – з зовнішньої сторони бункера; поблизу ребер – з внутрішньої сторони. Це відповідає утворенню тріщин, наведениму на рис. 1.2.8, а – г.

Горизонтальні розтягувальні зусилля від розпору матеріалу на одиницю висоти для призматичної частини бункера (рис.1.2.9) визначають за формулами:

(1.2.16)

(1.2.17)

де , – зусилля в стінках, які діють відповідно вздовж сторін і .

Для похилої (пірамідальної) частини симетричного бункера горизонтальні розтягуючі зусилля на одиницю висоти визначають за формулами:

; (1.2.18)

, (1.2.19)

де – розрахунковий нормальний тиск на похилі стінки бункера; а₁ і b₁ – розміри бункера в плані на рівні смуги плити, що розглядається; a - кут нахилу стінки до горизонту.

Похилі стінки днища бункерів розраховують як оперті по контуру плити залежно від їх форми. Розрахункова форма плит приймається залежно від співвідношення сторін основ (рис. 1.2.8, г): при плити розраховують як трикутні, а при - як трапецієподібні за таблицями довідкової літератури.

Рис. 1.2.9. Розподіл навантаження при визначенні розтягуючих зусиль N в симетричному бункері

За знайденими зусиллями арматуру в стінках бункерів (вертикальних та похилих) визначають розрахунком прямокутних перерізів на позацентровий розтяг. При цьому горизонтальні і вертикальні розтягуючі зусилля передаються тільки на арматуру. Менші витрати арматури в стінках бункера будуть тоді, коли їх розрахунок виконати по стадії граничної рівноваги в припущенні утворення в стінках пластичних лінійних шарнірів по формі тріщин (рис. 1.2.8, а) і суттєвого перерозподілу внутрішніх моментів. Оскільки при цьому виникає значне розкриття тріщин, цим методом користуються в тих випадках, коли матеріал, що зберігається в бункері, не має агресивної дії на арматуру.

Перевірку міцності бункера на розтяг горизонтальними силами і (рис. 1.2.8, б) виконують для вертикальних і похилих стінок окремо, припускаючи, що розтягуючі зусилля сприймаються однією горизонтальною арматурою.

Міцність воронки на відрив (рис. 1.2.8, в) перевіряють у її верхній основі, де діють максимальні розтягуючі зусилля вздовж схилу воронки N. Ці розрахункові зусилля (від ваги матеріалу, що зберігається, бункера G₁ і власної ваги воронки G₂) на одиницю довжини стіни визначають за формулою:

, (1.2.20)

Зусилля N передають тільки на арматуру, розміщену в похилому напрямку і за допомогою якої воронка кріпиться до вертикальних стін бункера. У монолітних бункерах стержні похилих стінок днища для надійного анкерування заводять у вертикальні стінки бункера.

Міцність бункера на згин у своїй площині (рис. 1.2.8, г) розраховують по нормальному перерізу на дію згинального моменту, а також по похилому перерізу на дію поперечної сили подібно розрахунку залізобетонних балок. При розрахунку по нормальному перерізу враховують горизонтальну арматуру тільки ту, що знаходиться в розтягнутій зоні (перетинається тріщиною). У розрахунках похилих перерізів враховують також і вертикальну арматуру.

Армування стінок монолітних бункерів здійснюють як позацентрово розтягнутих елементів окремими стержнями (рис. 1.2.10, а) або звареними каркасами та сітками (рис. 1.2.10, г). У місцях з’єднання стін із внутрішньої сторони бункера роблять вути для кращого анкерування стержнів та уникнення концентрації напружень. Горизонтальні стержні заводять у поперечні стіни, а стержні, які встановлені у ребрах бункерів, зварюють у каркас (рис. 1.2.10, б).

Для армування окремими стержнями застосовують переважно сталь класу А 400С. Армування окремими стержнями можна робити як з відгинами так і без них. У другому випадку арматурні роботи виконувати простіше, але це призводить до перевитрат арматури. Армування стінок днища та стінок призматичної частини бункерів здійснюють зварними сітками з двох сторін (рис. 1.2.10, в, г). Сітки роблять переважно із стержнів діаметром 6...10мм із сталі А 400С та Вр-І. У кутах встановлюють додаткові сітки з виконанням вутів. Додаткова арматура встановлюється також вздовж контуру нижньої частини днища (рис. 1.2.10, в). Каркаси вертикальних стінок і сітки стінок днища з’єднують зварюванням за допомогою сталевих смуг, до яких приварюють кожний стержень сіток.

У збірних бункерах загальні принципи армування зберігаються. Збірні елементи бункерів армують сітками подібно до армування збірних плит-панелей резервуарів.

Рис. 1.2.10. Схеми армування бункерів:

а - окремими стержнями; б - армування вузлів з’єднань стінок; в - армування зварними сітками вертикальних стінок бункера; г – армування зварними сітками стінки лійкоподібного днища.

1-6 – номери стержнів; 7 – арматурні сітки; 8 – додаткова арматура у вузлах з’єднання стінок; 9 – арматурна сітка похилих стінок днища; 10 – сітка прохідки

Залізобетонні силоси

Загальні відомості

Силосами називають інженерні споруди у вигляді призматичних або циліндричних ємкостей (рис. 1.3.1, а), які призначені для зберігання сипучих матеріалів, і висота яких , де – площа поперечного (горизонтального) перерізу силоса в просвіті. Для круглого в плані силосу , для квадратного , де d – найбільший діаметр кола, вписаного в поперечний переріз силосу; h – висота стіни силосу від верху днища, воронки або набетонування до низу надсилосного перекриття. У практиці проектування силосів за кордоном ця умова може бути іншою. Наприклад, у США до силосів відносять ємності, коли .

Силоси використовують для зберігання зернистих або порошкоподібних сипучих матеріалів. Вони не придатні для зберігання матеріалів, здатних злежуватись або самозагорятись, а також матеріалів, які за своєю структурою можуть руйнуватись при значному тиску.

Рис. 1.3.1. Конструктивні схеми силосних корпусів:

а – поперечний розріз; б – рядове розташування круглих силосів; в – шестигранних; г – восьмигранних; д – квадратних силосів; е – шахове розташування круглих силосів; є – рядове розташування круглих силосів з прямолінійними вставками; 1 – підсилосний поверх; 2 – днище; 3 – силосна банка; 4 – перекриття; 5 – надсилосна галерея; 6 – фундамент; 7 – колона підсилосної галереї; 8 – стінка

Силоси у промисловості застосовують для зберігання готової продукції, сировини та напівфабрикатів (вугілля, кокс, цемент, сода тощо). У сільському господарстві та харчовій промисловості їх використовують для зберігання зерна, борошна, комбікормів, цукру – піску тощо. Силоси споруджують як одиночними, так і груповими, об’єднуючи їх у силосні корпуси з двох- або багаторядним розташуванням.

За формою в плані силоси бувають круглі, квадратні, прямокутні, шестигранні та багатогранні. Форму, розміри і розміщення силосів в плані приймають у відповідності з вимогами технології виробництва, ґрунтовими умовами, уніфікації елементів, а також виходячи із результатів техніко-економічних порівнянь (див. рис. 1.3.1).

Застосовують силоси переважно круглого і квадратного перерізів. Перевагу віддають круглим силосам, стіни яких працюють в основному на центральний розтяг. Попереднє обтиснення стінок арматурою в цьому випадку найпростіше. Найоптимальнішими за витратами матеріалів і вартістю є циліндричні силоси діаметром 6 м. При значній кількості мілких силосів для зберігання різних матеріалів або одного і того ж матеріалу різних сортів, раціональні силоси квадратного перерізу з розмірами сторін не більше 3...4 м. У силосах прямокутних і квадратних в плані, збільшення вказаних розмірів сторін не рекомендують, бо це приводить до виникнення значних згинальних моментів і, як наслідок, значного збільшення товщини стінок. За особливими вимогами до зберігання сипучих матеріалів силоси можуть бути і більших розмірів в плані. У цьому випадку їх виконують, як правило, круглими діаметром 12 м і більше.

При спорудженні кількох круглих силосів рекомендують їх розміщати в ряд (див. рис. 1.3.1, б). Якщо силоси розміщені в два і більше рядів, то простори між ними, так звані зірочки, можна використовувати як додаткові ємності для зберігання сипучих матеріалів або для влаштування в них драбин, встановлення технологічного устаткування тощо. Шахове розташування силосів (див. рис. 1.3.1, е) практикують, в основному, при розширенні існуючих силосних корпусів.

Корпуси з прямокутних силосів проектують без зазорів між ними (див. рис. 1.3.1, д), що є перевагою цього типу силосів, оскільки використовується вся площа забудови. Багатогранні види силосів (рис. 1.3.1, в, г) мають ряд переваг (менший проліт стінок, відсутність криволінійних елементів тощо), але широкого застосування вони не знайшли.

Максимальна висота стін силосів, споруджених на звичайних ґрунтових основах, досягає 30 м, а для багаторядних силосних корпусів, які зводяться на скельних або напівскельних основах, - не більше 42 м.

Залізобетонні силосні корпуси із круглих елементів довжиною до 45 м, а із прямокутних елементів – до 42 м, можна споруджувати без температурно-усадкових швів. Відношення довжини силосного корпусу до його ширини та висоти має не перевищувати двох. У разі однорядного розташування силосів діаметром 6 м допускається це відношення збільшувати до трьох.

Об’ємно-планувальні вирішення силосних корпусів уніфіковані. У збірних силосах уніфіковано залізобетонні елементи заводського виготовлення, а в монолітних – опалубку. В цілому розбивку і розміри силосів вибирають за уніфікованою квадратною сіткою 6´6 м, що дає можливість узгоджувати розташування силосів із типовими конструкціями надсилосної галереї та підсилосного поверху. За уніфікованими будівельними параметрами рекомендують споруджувати силоси з такими розмірами: круглі – діаметром 3, 6 і 12 м; квадратні – зі сіткою 3´3 м. Допускається проектування залізобетонних силосів діаметром 18, 24 м і більше (кратним 6). Сітка розбивочних вісей, які проходять через центри силосів у корпусах, повинна бути кратною 3 м. Наприклад, для зернових елеваторів (інженерні споруди призначенні для зберігання великих мас зерна) при застосуванні круглих силосів діаметром 6 м рекомендовано будувати силосні корпуси трьох типів із розмірами в плані 36´24, 36´18, 24´18 м.

Поиск по сайту: