Бункера

К бункерам относятся емкостные сооружения для хранения сухих сыпучих материалов (песка, щебня, руды, угля и т.п.). В конструктивном отношении бункера представляют собой пространственные конструкции прямоугольной или квадратной формы в плане с размерами м и м (рис.87).

Рис.87. Одиночный (а) и многоячейковый (б) бункера из монолитного железобетона:

1 – стена; 2 – воронка; 3 – тесна; 4 – покрытие; 5 - колонна

Внизу призматического бункера находится воронка пирамидальной формы, а внизу цилиндрического – воронка конической формы.

Соотношение размеров стен должно отвечать условию (где ), или , где - диаметр цилиндра. Для сыпучих материалов нескольких видов устраивают многоячейковые бункера (рис.87, б).

Угол наклона воронки принимают на 5…10⁰ больше угла естественного откоса сыпучего материала для обеспечения полного его истечения.

Железобетонные бункера строят монолитными и сборными; сборные бункера – сравнительно небольшой емкости цилиндрической формы.

Стены монолитных бункеров имеют, как правило, постоянную толщину не более 160…200 мм. Толщину воронки у течки принимают не менее 150 мм. Стены сборных бункеров монтируют на плоских или ребристых панелей с ребрами с наружной стороны бункера. Все сборные элементы соединяют на монтаже путем сварки закладных металлических деталей и замоноличивания стыков.

Расчет бункеров. Давление сыпучего материала заполнения на стенки бункера зависит от свойств самого материала и расположения рассматриваемой точки, а также от наклона стенки. Интенсивность данного давления сыпучих тел о стены бункера вычисляют без учета трения между сыпучим материалом и стенками бункера.

На глубине от поверхности сыпучего материала вертикальное и горизонтальное расчетные давления о стенки соответственно составляют

;

,

где - коэффициент надежности по нагрузке;

- удельный вес материала;

- коэффициент бокового давления материала;

- угол естественного откоса сыпучего материала, равный 30…45⁰. Для жидкости угол , коэффициент .

Расчетное нормальное и касательное компоненты давления на наклонные стенки (рис.88, а)

;

;

где - угол наклона стенки воронки к горизонту;

к и добавляют составляющие от собственного веса воронки.

Так как бункер представляет собой тонкостенную пространственную конструкцию, то расчет усилий производят на ЭВМ по специальным программам. Возможен расчет приближенными методами.

Рис.88. К расчету бункеров:

1 – линии разрушения

Под действием сыпучего материала в стенках бункера возникают изгибающие моменты от местного изгиба, а также растягивающие усилия из-за взаимного влияния нагруженных соседних стенок (рис.88, а, б). Наклонные стенки воронки испытывают растяжение в обоих направлениях.

Площадь сечения арматуры бункера определяют по расчету на прочность внецентренно-растянутых вертикальных и наклонных элементов. Рекомендуют изгибающие моменты элементов вычислять по методу предельного равновесия с учетом пластических моментных шарниров – линий излома (рис.88, г).

Прочность бункера проверяют: на разрыв стенок горизонтальными силами (рис.88, д), на разрушение стенок по нормальному или наклонному сечению при общем изгибе бункера (рис.88, е), а также на отрыв воронки (рис.88, ж).

Стены и воронки монолитных бункеров возводят из бетона класса не ниже В15, если их размер м. Сборные элементы таких бункеров изготовляют из бетона класса не ниже соответственно В20 и В25. Стены бункеров армируют двойными сварными сетками из стержней класса А-III. Расстояние между рабочими стержнями 100…200 мм, а между конструктивными 250…300 мм.

Силосы

Силосами называют саморазгружающиеся емкости для хранения сыпучих материалов. По форме силосы могут быть цилиндрическими или призматическими с четырьмя, шестью и восьмью гранями.

Соотношение глубины и размеров сооружения в плане для квадратных в плане силосов со стороной составляет , для цилиндрических силосов - , где - радиус силоса.

Силосы отдельно стоящие (при диаметре более 12 м) или объединенные в корпуса входят в состав производственных объектов: промышленных (для цемента, угля и т.д.) или сельскохозяйственных (элеваторы для зерна).

Силосные корпуса, состоящие из нескольких силосов, являются компактными сооружениями большой емкости при относительно небольших площадях застройки. Типовая высота силосов м, длина силосных корпусов с цилиндрическими силосами – не более 60 м.

По верху силосного корпуса предусматривают надсилосную галерею для загрузочного оборудования, снизу – подсилосный этаж, включающий фундаментные конструкции, колонны, днища и служащий для размещения транспортных механизмов и разгрузки силосов.

По затратам материалов и стоимости возведения оптимальный наружный диаметр для цилиндрических силосов – 6 м, оптимальный размер стороны для квадратных в плане силосов – 3…4 м.

Рис.89. Конструкция монолитных (а) и сборных (б, в) цилиндрических силосов и их корпусов:

1 – монолитная стена; 2 – монолитная воронка; 3 – пилястр; 4 – фундаментная плита; 5 – надсилосная галерея; 6 – сборный стеновой элемент; 7 – сборная воронка; 8 – П-образная рама; 9 – стеновое ограждение; 10 – металлическая воронка

Для зерновых элеваторов рекомендованы к применению корпуса трех типов, размерами в плане: 36x24 м, 36x18 м и 24x18 м.

Силосы сооружают монолитными и сборными (рис.89).

Монолитные силосные корпуса могут быть с круглыми и квадратными в плане силосами.

Сборные цилиндрические силосы диаметром 3 м возводят из объемных элементов цельных колец высотой 1200 мм и толщиной стенки 100 мм. При диаметре 6 м стены силосов собирают из отдельных криволинейных элементов (рис.89, б). Каждый ярус состоит из четырех криволинейных элементов, соединенных болтами. Сборные элементы могут быть гладкими и ребристыми.

Сборные силосы диаметром 12 м собирают из панелей – оболочек каннелюрного типа (рис.89, в). Номинальная ширина элементов 1,54 м и высота 3 м. В наружных пазах торцевых ребер панелей устанавливают напрягаемую кольцевую арматуру.

Сборные силосы квадратные в плане монтируют из элементов трех типоразмеров: пространственного блока в виде замкнутой рамы, Г-образного и плоского (рис.90).

Номинальная высота элементов 1200 мм. Сборные элементы могут быть гладкими толщиной 100 мм или ребристыми с толщиной стены 50 мм.

С применением сборного железобетона в нашей стране в настоящее время возводится более 90% емкостей.

Расчет силосов производят с учетом давления сыпучего материала, а также веса конструкций, ветровой и снеговой нагрузок. Полное давление сыпучего материала на стены силоса складывается из статического и динамического горизонтальных давлений. Статическое давление определяют по формулам Янсена-Кенена [12].

В расчетах учитывается трение сыпучих материалов о стены силосов, возникающее в процессе истечения содержимого.

Монолитные железобетонные стены толщиной 160 мм цилиндрических силосов бетонируют в скользящей опалубке из бетона класса не ниже В15. Если диаметр силоса 12 м и более, то стены возводят толщиной 200…240 мм из бетона класса не ниже В20. Стены армируют двойными сетками, состоящими из горизонтальной (кольцевой) арматуры классов А-II и А-III диаметром 10…16 мм и вертикальной арматуры класса А-I диаметром 10 мм с шагом 300…350 мм для наружных стен силосов и 400…500 мм для внутренних. Силосы диаметром 3 и 6 м в верхней трети высоты могут быть армированы одиночной сеткой. Силосы диаметром 12 м и более армируют напрягаемой кольцевой арматурой.

Ячейку квадратного в плане монолитного силоса рассчитывают на каждом ярусе высоты как замкнутую раму под воздействием внутреннего давления (рис.90, д). Стена испытывает растяжение силами и изгиб моментами в углах и в пролете.

Рис.90. Силосный корпус с квадратными в плане силосами:

а – схеме плана; б – сборные элементы; в – деталь сопряжения стен монолитных силосных корпусов; г – то же, сборных; д – изгибающие моменты в стенах силоса; 1 - болт

В стенах квадратных монолитных силосов устанавливают двойную арматуру.

Стены силосов рассчитывают по образованию и ширине раскрытия трещин как растянутые элементы.