silosy W4
Transkrypt
silosy W4
Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych SILOSY NA MATERIAŁY SYPKIE Prezentowane materiały są utworami w rozumieniu prawa autorskiego i podlegają jego ochronie. Zabronione jest ich kopiowanie – w całości lub we fragmencie – i dalsze rozpowszechnianie bez pisemnej zgody autora. Materiały te są udostępniane studentom nieodpłatnie i nie mogą być przedmiotem jakiejkolwiek działalności komercyjnej. -1- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Silosy a zasobniki Silos – pionowy zbiorniki, przeznaczony do magazynowania materiałów sypkich (np. ziarna zbóż, cement) jak i do zakiszania i magazynowania pasz zielonych (kiszonki). Przekrój poprzeczny silosu jest najczęściej kolisty, ale może być także wieloboczny. W silosach prosta wyprowadzona z połączenia pobocznicy z lejem lub dnem i nachylona względem poziomu pod katem tarcia wewnętrznego składowanego materiału przecina pobocznicę lub ścianę komory magazynowej. W zasobnikach taka sama prosta przecina powierzchnię składowanego materiału. Zasobniki przeznaczone są głównie do magazynowania węgla, koksu lub kruszyw budowlanych. -2- klasyczny podział na silosy i zasobniki Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych 1- konstrukcja wsporcza; 2- lej; 3- pierścień podporowy; 4- wręga pośrednia; 5- wręga górna; 6- dach; 7- podłużnice; 8- drabina; 9- luk wejściowy; 10- luk pomiarowy. Silos SZG-400 (do długotrwałego przechowywania zboża lub suchych nasion roślin strączkowych) -3- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -4- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -5- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -6- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -7- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Zalety silosów stalowych: • Krótszy czas budowy w stosunku do silosów żelbetowych; • Mniejsze obciążenia na fundamenty. Wady silosów stalowych: • Krótsza trwałość eksploatacyjna niż silosów żelbetowych • Zagrożenie utratą stateczności miejscowej pobocznicy komory przy niesymetrycznym wypływie. -8- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obciążenia Obciążenie silosu materiałem sypkim, a) schemat, b) przebiegi zmienności obciążeń Teoria Janssena – stały stosunek naporu poziomego do pionowego wywołanego przez materiał sypki. -9- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obciążenia w silosach i zbiornikach według normy PN-EN 1991-4, Eurokod 1 Oddziaływania na konstrukcje, część 4: silosy i zbiorniki Kształty i oznaczenia wymiarów silosów, -10- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Ograniczenia stosowalności normy: hb <10 ; h b < 100 m ; d c < 60 m dc Definicje: Silos retencyjny: dno jest płaskie oraz hc ≤ 0,4 dc hc 0 , 4 < <1,0 Silos niski: dc hc 1 , 0 < < 2,0 Silos średnio smukły: dc Silos smukły: hc ≥ 2,0 dc -11- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Klasy oceny oddziaływań według tabl. 2.1 . Układy obciążeń i przypadki: - maksymalne parcie normalne na ścianę pionowa, - maksymalne tarcie powierzchniowe o pionowa ścianę, - maksymalne parcie pionowe na dno silosu i lej. Ustalenie każdego przypadku obciążeń powinno być dokonane przy różnych wartościach cech ośrodka sypkiego; tabl. 3.1 -12- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -13- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Silosy w klasie oceny oddziaływań 1 można obliczać przy użyciu średnich parametrów. Rozróżnienie rodzajów przepływów: masowy, kanałowy, mieszany Rys. 3.1 Rodzaj przepływu zależy od współczynnika tarcia oraz kąta pochylenia leja (rys. F1) -14- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Tarcie o ścianę pionowa zależy od rodzaju powierzchni ściany (tabl. 4.1) -15- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Rozróżnia się napór materiałem sypkim po napełnieniu komory i przy opróżnianiu komory – zwykle większy od naporu po napełnieniu. Przy napełnianiu stosuje się zwykle urządzenia zmniejszające wysokość spadania materiału. -16- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obciążenia na ściany pionowe Rozróżnia się obciążenia przy napełnianiu i opróżnianiu. Gdy można zagwarantować przepływ kanałowy uwzględnia się jedynie obc. przy napełnianiu Obciążenie na ścianę pionową składa się z umiejscowionego obciążenia symetrycznego i obciążenia nieumiejscowionego lokalnego. Wartości obciążeń zależą od smukłości silosa: - silosy smukłe -17- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych A) Napór przy napełnieniu komory - poziome: p hf ( z ) = p ho YJ ( z ) - tarcie: p wf ( z ) = µ p ho YJ ( z) p ho p = YJ (z) - pionowe: vf ( z ) K p ho = γ K z o zo = 1 A Kµ U YJ ( z ) = 1 − e −z z0 Wypadkowa wartość charakterystyczna siły pionowej od tarcia: z [ n zSk = ∫ p wf ( z ) dz = µ p ho z − z o YJ ( z ) ] 0 B) Obc. przy opróżnianiu: - poziome: p he = C h p hf - od tarcia: p we = C w p wf -18- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych W silosach smukłych zaliczanych do klasy 2 i 3 oddziaływań: C h =1,15 ; C w = 1,10 W silosach smukłych zaliczanych do klasy 1: C h = 1,15 + 1,5(1 + 0,4 e ) C op dc e C w = 1,4(1 + 0,4 dc e = max(e f , e o ) ef – mimośród górnego stożka nasypowego, eo – mimośród liczony od środka otworu wysypowego Wypadkowa wartość charakterystyczna siły pionowej od tarcia: z [ n zSk = ∫ p we ( z ) dz = C w µ p ho z − z o YJ ( z ) ] 0 - silosy niskie i średniej smukłości (rys. 5.6) -19- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obc. przy napełnianiu: - poziome: p hf = p ho YR - tarcie: p wf = µ p hf -20- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych z − h n o + 1 YR = 1 − zo − ho ho n = −(1 + tan φ r )(1 − ) zo W silosie kołowym: r h o = tan φ r 3 Obciążenie lejów Leje strome (ośrodek sypki samoistnie przesuwa się) i płytkie (zawartość nie przesuwa się) Rys. 6.1. -21- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -22- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -23- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Średnie parcie pionowe na poziomie punktu przejścia: p vft = C b p vf Cb = 1,3 (klasa 1) W przypadku obciążenia dynamicznego Cb = 1,6 -24- Konstrukcje powłokowe Średnie parcie w ośrodku sypkim leja: n x γ h x h x + pv = − p vft n − 1 h h h h hh - Katedra Konstrukcji Budowlanych n Leje strome: rys. 6.4 -25- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Parcie normalne: p nf = Ff p v tarcie powierzchniowe: p tf = µ h Ff p v -26- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych b – współczynnik empiryczny = 0,2 Sytuacje obliczeniowe według tabl. A2 -27- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -28- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Współczynnik tarcia o ścianę z blachy fałdowej (Rys. D1) µ eff = (1 − a w ) tan φ i + a w µ w φi - kąt stoku naturalnego bw aw = b w + bi Właściwości ośrodków rozdrobnionych według Tabl. E1 -29- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -30- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -31- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obliczenia statyczne (metoda zależy od klasy konsekwencji) -32- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -33- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -34- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -35- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -36- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Do obliczeń silosów klasy CC1 można przyjmować wartości sił wewnętrznych wyznaczone wg wzorów: Siła równoleżnikowa (rozciągająca) w pobocznicy komory: γ F ⋅ p he ⋅ d nθ = 2 Siła południkowa (ściskająca w pobocznicy komory, wywołana tarciem materiału magazynowanego o ścianki): [ z n x = n zSk = ∫ p we( z )dz = C w µ p ho z − z o YJ ( z ) ] 0 Siła równoleżnikową (rozciągająca) w powłoce stożkowego leja: p 'nf ⋅ d nθ = γF 2 sin α p’nf - sumaryczne obciążenie normalne leja ponad rozpatrywanym przekrojem: p 'nf = p ne sin 2 α + p te cos 2 α -37- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Siła południkowa (rozciągająca) w powłoce stożkowego leja: p vft ⋅ d Q + n φ = γ asym γ F 4 sin α π ⋅ d sin α γasym współczynnik zwiększający ze względu na niesymetryczny rozkład obc. pvft - obciążenia jak dla płaskiego dna komory Q - ciężar własny leja wraz z wypełnieniem materiałem sypkim poniżej rozpatrywanego przekroju. Zaburzenia brzegowe, spowodowane oparciem silosu na słupach, wpływają na zmianę znaku sił południkowych w przęsłach pomiędzy podporami. Punktowe podparcie silosu powoduje także dodatkowe siły równoleżnikowe. -38- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obliczenia MES Przykład podziału płaszcza i leja na elementy skończone -39- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Formy zniszczenia sprawdzane przy projektowaniu silosów: -40- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych STAN GRANICZNY LS1 -41- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych STAN GRANICZNY LS3 Stateczność Metoda ogólna (nawiązanie do normy PN-EN 1993-1-6) -42- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -43- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -44- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Połączenie leja z płaszczem -45- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -46- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Uproszczone reguły dla silosów w klasie konsekwencji CC1 (załącznik A) -47- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych STAN GRANICZNY LS1 -48- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych STAN GRANICZNY LS3 -49- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -50- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -51- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Połączenie leja z płaszczem -52- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -53- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -54- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -55- Konstrukcje powłokowe • - Katedra Konstrukcji Budowlanych Silosy oparte na konstrukcji wsporczej wskazane jest projektować z większą liczbą punktów podparcia. Silos na cement na słupowej konstrukcji wsporczej o pojemności 300, 420 lub 540 ton -56- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych • Pobocznicę komory nad słupami konstrukcji wsporczej wskazane jest wzmacniać żebrami usztywniającymi i wieńczyć dodatkowym pierścieniem obwodowym. • Najbardziej wytężone strefy pobocznicy komory i leja w sąsiedztwie ich połączenia z pierścieniem podporowym należy projektować o zwiększonej grubości lub je wzmacniać przez stosowanie nakładek. Różne rozwiązania konstrukcji komór silosów aa0 powłoka oparta na pierścieniu 1, b) powłoka w dolnej części wzmocniona wręgą pośrednią 2 i żebrami pionowymi 3, c) powłoka użebrowana pionowo na całej wysokości , d) powłoka wzmocniona wręgą pośrednią 2 i żebrami pionowymi 3 na całej wysokości. -57- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych ZALECENIA PROJEKTOWE -58- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych ZASOBNIKI -59- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -60- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Rozkład obciążenia od leja wysypowego -61- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -62- Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -63-