SILOSY NA MATERIAŁY SYPKIE

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-

Silosy a zasobniki Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych 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. klasyczny podział na silosy i zasobniki -2-

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-

Zalety silosów stalowych: Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych 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-

Obciążenia Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Obciążenie silosu materiałem sypkim, a) schemat, b) przebiegi zmienności obciążeń Teoria Janssena stały stosunek naporu poziomego do pionowego wywołanego przez materiał sypki. -9-

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-

Ograniczenia stosowalności normy: h b < 10 d ; 100m d c < 60 c h b < ; m Definicje: h c Silos retencyjny: dno jest płaskie oraz 0, 4 d h Silos niski: 0,4 < c < 1, 0 d h Silos średnio smukły: 1,0 < c < 2, 0 d h c Silos smukły: 2, 0 d c c c c -11-

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-

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-

Tarcie o ścianę pionowa zależy od rodzaju powierzchni ściany (tabl. 4.1) -15-

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-

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-

A) Napór przy napełnieniu komory - poziome: p hf (z) = p hoy J (z) - tarcie: pwf (z) = µ phoy J (z) p ho - pionowe: p vf (z) = Y J (z) K p = γ K ho z o z 1 = o K µ Y J(z) A U = 1 e z z 0 Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych Wypadkowa wartość charakterystyczna siły pionowej od tarcia: n zsk z = 0 p wf (z) dz = µ p ho [ z z Y ] o J(z) B) Obc. przy opróżnianiu: p = C p - poziome: he h hf - od tarcia: p we = C wp wf -18-

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: e C h = 1,15 + 1,5(1 + 0,4 ) C op d C = 1,4(1 + 0,4 e w = max(e f,e o ) e d c c e f mimośród górnego stożka nasypowego, e o mimośród liczony od środka otworu wysypowego Wypadkowa wartość charakterystyczna siły pionowej od tarcia: n zsk z = 0 p we(z) dz = C w µ p ho [ z z Y ] o J(z) - silosy niskie i średniej smukłości (rys. 5.6) -19-

Obc. przy napełnianiu: p = p Y - poziome: hf ho R - tarcie: p wf = µ phf -20-

z h o Y = 1 + z o h o h o n = (1 + tan φ r )(1 ) z R 1 W silosie kołowym: h o = r tan φ 3 Obciążenie lejów r Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych o n Leje strome (ośrodek sypki samoistnie przesuwa się) i płytkie (zawartość nie przesuwa się) Rys. 6.1. -21-

Średnie parcie pionowe na poziomie punktu przejścia: p = vft C b p vf C b = 1,3 (klasa 1) W przypadku obciążenia dynamicznego C b = 1,6-24-

-25- Średnie parcie w ośrodku sypkim leja: n h vft n h h h v h x p h x h x 1 n h p + γ = Leje strome: rys. 6.4

Parcie normalne: p = F p nf f v tarcie powierzchniowe: p = µ tf h F f p v -26-

b współczynnik empiryczny = 0,2 Sytuacje obliczeniowe według tabl. A2-27-

Współczynnik tarcia o ścianę z blachy fałdowej (Rys. D1) µ eff = ( 1 a ) tan φ + a µ φ i - kąt stoku naturalnego b w a w = b + b w i w i w w Właściwości ośrodków rozdrobnionych według Tabl. E1-29-

Obliczenia statyczne (metoda zależy od klasy konsekwencji) -32-

Do obliczeń silosów klasy CC1 można przyjmować wartości sił wewnętrznych wyznaczone wg wzorów: Siła równoleżnikowa (rozciągająca) w pobocznicy komory: n θ = γ F p 2 he d Siła południkowa (ściskająca w pobocznicy komory, wywołana tarciem materiału magazynowanego o ścianki): n x z = nzsk = 0 p we(z) dz = C w µ p ho [ z z Y ] Siła równoleżnikową (rozciągająca) w powłoce stożkowego leja: ' pnf d nθ = γf 2sin α p nf - sumaryczne obciążenie normalne leja ponad rozpatrywanym przekrojem: o J(z) p ' nf = p ne sin 2 α + p te cos 2 α -37-

Siła południkowa (rozciągająca) w powłoce stożkowego leja: pvft d Q n φ = γasym γf + 4sin α π d sin α γ asym współczynnik zwiększający ze względu na niesymetryczny rozkład obc. p vft - 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-

Obliczenia MES Przykład podziału płaszcza i leja na elementy skończone -39-

Formy zniszczenia sprawdzane przy projektowaniu silosów: -40-

STAN GRANICZNY LS1 Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -41-

STAN GRANICZNY LS3 Stateczność Metoda ogólna (nawiązanie do normy PN-EN 1993-1-6) -42-

Połączenie leja z płaszczem Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -45-

Uproszczone reguły dla silosów w klasie konsekwencji CC1 (załącznik A) -47-

Połączenie leja z płaszczem -52-

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-

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-

-58- ZALECENIA PROJEKTOWE

ZASOBNIKI Konstrukcje powłokowe - Katedra Konstrukcji Budowlanych -59-

Rozkład obciążenia od leja wysypowego -61-