2. Основи на изчисляване и проектиране на резервоари, силози, бункери.
Силозиса инженерни конструкции, предназначени за съхранение на насипни материали, чиято височина надвишава по-големия планов размер повече от 1,5 пъти. Най-разпространените силози са с кръгло и правоъгълно (квадратно) сечение.
По форма силозите биват кръгли, квадратни, правоъгълни, шестоъгълни и многостенни.
Най-рационален е кръгъл, при който стените работят предимно на напрежение. Предварителното компресиране на стените в този случай е най-простото.
За цилиндрични силози оптималният диаметър по отношение на разхода на материали и разходите е 6 m; за някои насипни материали (въглища, захар) се използват силози с диаметър 12 м. Правоъгълните и квадратни силози в план имат размери на страните 3,4 м. При големи размери в стените възникват значителни огъващи моменти, които
води до увеличаване на напречното сечение на стените.
Височината на силозите обикновено е до 30 m, а при изграждане на скални почви - до 42 m.
Основно изчисление на силози.
Извършете изчислението на стените, дъното, фунията, колоните, основата, покритието. Всички конструкции на силози с изключение на
стени, се изчисляват подобно на съответните конструкции на промишлени сгради.
При изчисляване на стените на силозите, натоварванията от тяхното тегло и налягането на насипния материал, теглото на конструкциите и
технологично оборудване, както и натоварвания от сняг и вятър.
Хоризонталното наляганервърху стените на силоза се определя по формулите на Янсен-Коенен, които се извеждат от равновесното състояние на слоя материал, разположен на дълбочинаy.
Като се вземат предвид установените експериментални корекционни коефициенти, които отчитат съответствието на стените, метода на товарене и разтоварване на силоза, формата на напречното сечение и др.фактори за γf= 1:
къдетоaе взет емпиричен коефициент:a= 2 - при изчисляване на хоризонталната армировка на долната зона на стените с 2/3 от тяхната височина иa= 1,5 при изчисляване на дъното на фуниите, в останалите случаиa= 1; γ е специфичното тегло на насипния материал;r=A/U– ръководство
радиус на напречното сечение на силоза; μ е коефициентът на триене на насипния материал по стените на силоза, равен на 0,44 ... 0,8 за различни материали; λ = tg2 (45o − ϕ/ 2) е коефициентът на странично налягане;y– разстояние от върха на натоварения материал до разглеждания участък;A– площ на напречното сечение на силоза;U– неговият периметър; ϕ е ъгълът на вътрешно триене, градуси; γ, μ, ϕ, λ са дадени в табл. 6.1 [2].
Вертикално нормативно налягане, предавано чрез триене към стените на силоза
Освен това при изчисляване на дъната и фуниите на силози се взема предвид вертикалното налягане на насипния материал, оп.
определена по формулата
Стандартно налягане по наклона на фунията на силоза
където α е ъгълът на наклона на равнината спрямо хоризонта.
Изчислена хоризонтална обръчна сила на опън в стената на кръгъл силоз
където γf= 1,3 – коефициент на безопасност при натоварване за насипни материали; при изчисляване на компресията на долната зона на силози (колони на подсилозния под и фундаменти), проектното натоварване от теглото на насипните материали се умножава по коефициент 0,9; γcе коефициентът на конструктивните работни условия, взет предвид само при изчисляване на конструктивни елементи, за коитоa>gt; 1 , и се приема: за стените на кръгли свободностоящи и външни силози с редово разположение γc= 1; за стените на вътрешни силози с редово разположение, както и за правоъгълни силози със страна до 4 m - γc= 2;за плоски дъна без грапавини и за дъна във формата на фунии γ c = 1,3; за плоски дъна с
обратен насип с дебелина 1,5 m или повече - γc= 2;R– вътрешен радиус на силоза.
Площта на напречното сечение на пръстеновидната армировка на 1 m височина на силоза се определя от условието за изчисление на якостта
Фиг. 2.3. Към изчисляването на стените на силозите:
а– вертикален разрез по протежение на силоза;b– диаграма на нормалното налягане в насипния материал на силоза;v– конструктивна схема на силоз с квадратно сечение;г– определяне на силата на пръстена;e– диаграма на огъващите моменти в стената на силоза
Стените на силозите трябва да бъдат изчислени за действието на вертикалните сили в хоризонталните сечения, като се считат за централно компресирани. При монолитните силози се получава огъване на кръстовището на дъното и стената
момент, който се разпада с височината. Може да се определи по формула 14.8 [5].
Вертикалната натискна сила на дълбочинаyна 1 m хоризонтален участък е равна на сумата от надлъжните сили от теглото на надлежащите конструкции и генерирани от триенето на насипния материал по стените на силоза
където Dw е вътрешният диаметър на силоза.
Изчисляването на правоъгълни (квадратни) силози се извършва на няколко нива по височина. На всеки слой силозната клетка се разглежда като затворена рамка под въздействието на хоризонтален натискp. Аксиална сила на опън в стената
къдетоlе размерът на клетката на силоза в осите на стените в противоположната посока. Огъващи моменти в стените на силоза:
Площта на напречното сечение на хоризонталната армировка се определя чрез изчисляване на якостта на стената като ексцентрично опънат елемент.
Освен това се извършва изчисляването на образуването и отварянето на пукнатини. В последния случай γf= 1. Дългодействащата хоризонтална сила се приема равна наS, а краткосрочната
Стените на правоъгълни силози са изчислени за деформация при γf= 1. Крайна деформация [f] ≤l/ 200 .
Саморазтоварващи се контейнери за съхранение на насипни материали с малка дълбочинаHспрямо размерите по дълбочина се наричат бункери. Обикновено се състоят от фуниевидно дъно с ъгъл на наклон на стената 50-100° по-голям от ъгъла на откос на насипния материал, което осигурява пълното му гравитачно разтоварване и призматична част, предназначена да увеличи обема на бункера. За да се предпазят от абразия по време на товарене и разтоварване, стените на бункерите са защитени с облицовка под формата на стоманени листове, релси, плочи от каменна отливка или
Стоманобетонните бункери се изработват монолитни или сглобяеми. Широко разпространени са монолитните бункери, които могат да бъдат с всякаква форма и капацитет. Недостатъците на този тип бункери включват необходимостта от непрекъснат кофраж, сложността на армирането и бетонирането на фуниевидната част на бункера и в резултат на това високата трудоемкост на работата. Бункерите са подсилени с отделни пръти или рамки и мрежи. В ъглите от вътрешната страна на фунията и призматичната част на бункера са разположени хълмове за подобряване на анкерирането на прътите.
Наклонените пръти на фунията влизат във вертикалната стена и се закрепват здраво. За армировка се използва предимно стомана от клас А300.
Сглобяемите стоманобетонни бункери се изработват от оребрени или плоски плочи. Най-целесъобразно е да се използват сглобяеми конструкции при проектирането на бункери тип тава или кутия.
Всяка стена на бункера изпитва локално огъване от натиска на насипния материал върху тази стена и двуосно напрежение, възникващо отналягането на съдържанието на бункера върху напречните стени (хоризонтално напрежение) и върху теглото на частта от бункера, разположена отдолу, както и върху натиска на насипния материал върху дъното (вертикално напрежение). Налягането на материала върху стените на бункера зависи от височината на слоя материал, разположен в бункера над разглежданата точка, неговите свойства и ъгъла на наклон спрямо хоризонта на равнината, към която се предава налягането (фиг. 3.1).
Тъй като височината на бункера е малка, налягането върху стените обикновено се определя, без да се отчита триенето на насипния материал по стените на бункера и се счита за насочено перпендикулярно на равнината на стената или дъното. Изчислено вертикално налягане на насипен материал върху хоризонтална равнина
където γ е специфичното тегло на материала;h– височина на слоя материал над зададената точка.
Проектно хоризонтално налягане върху хоризонтална равнина
където λ е коефициентът на странично налягане, равен на отношението на хоризонталното налягане към вертикалното
тук ϕ е ъгълът на вътрешно триене на материала, обикновено се приема равен на ъгъла на покой.
Фиг. 3.1. Към изчисляването на бункерите:
а– графика на налягането на материала върху стените на бункера и фунията;
b– диаграма на разпределение на натоварването при определяне на хоризонтала
сили на опънNв симетричен бункер;v- за определяне на вертикални наклонени сили на опън
Проектно налягане върху наклонените стени на бункера и фунията
където е ъгълът на наклона на равнината спрямо хоризонта.
При зареждане на бункера с механизъм с обем на кофата, който е значителна част от капацитета на бункера, налягането върху стените и дъното се определя, като се вземе предвид динамичният коефициент, който се приема за 1,1. 1.4
в зависимост от съотношението на обема на кофата към обема на бункера,равно на 1/5. 1/2.
Хоризонтална сила на опън от разстилането на материала на единица височина на призматичната част на бункера
се определят по формулите:
къдетоaиbса размерите на призматичната част на бункера в план;phmе изчисленото средно хоризонтално налягане до разглежданата дълбочина (съгласно формула 3.1).
За наклонената част на бункера, хоризонталните сили на опън на единица височина
къдетоm pα е изчисленото средно налягане върху наклонените стени на бункера,
къдетоgе теглото на 1 m2 от стената на фунията; α е ъгълът на наклона на стените на фунията на бункера спрямо хоризонта.
При асиметричните бункери се определят силите на опън за двете напречни стени и се взема тяхната средна стойност.
Във вертикална (наклонена) посока силите на опън в стената на симетричните контейнери се изчисляват приблизително, като се приема равномерното им разпределение по цялата стена.
За пирамидалната част на бункера
къдетоG1 иG2 са, съответно, теглото на бункера и материала, който напълно запълва бункера.
В наклонените стени на фунията наклонните сили на единица дължина на стената се определят по формулата
Във вертикалните и наклонените стени на бункерите под действието на нормално налягане (ph,pα) възникват локални огъващи моменти, които се изчисляват в зависимост от съотношението на размерите на плочите и условията на тяхното поддържане по протежение на