УДК 725.36
Иванов Г.П., Мальцев Н.В.
Уральский государственныйтехнический университет — УПИ
На территориях промышленных объектов строительства помимо зданий производственного и административно-бытового назначения размещают инженерные сооружения.
Они предназначены обеспечить транспортные, погрузочно-разгрузочные, производственные операции. Одни инженерные сооружения являются комплексами строительных конструкций, которые несут оборудование, коммуникации или транспортные устройства – это мосты, транспортные галереи, тоннели и т.п.; другие непосредственно выполняют технологические функции и в этом случае приближаются к технологическому оборудованию – к ним относятся бункеры, силосы, различные емкости и т.п.
Бункеры и силосы служат для хранения сыпучих материалов. Бункеры и силосы отличаются соотношением размеров в плане и высоты: если отношение высоты бункера к наибольшему размеру в плане менее 1,5 – это бункеры, если более 1,5 – силосы. Мы остановимся на особенностях конструирования бункеров. Важным направлением конструирования бункеров является нахождение оптимальных параметров проектируемых сооружений, что помогает рационально использовать материалы на их изготовление и получать значимый экономический эффект.
Учитывая, что наибольшее распространение бункеры получили в горнорудной, угольной, химический промышленности, а также в промышленности строительных материалов, то конструкция, форма и размеры бункеров будут зависеть от таких факторов как: компоновка сооружения в целом, способ загрузки и выгрузки, типа и материала несущих конструкций, требуемого запаса сыпучего материала и его физических свойств (крупность, плотность, угол естественного откоса). При проектировании ёмкостных сооружений, как показал анализ опыта их строительства и эксплуатации, необходимо обеспечить выполнение трёх основных условий:
1. надёжный выпуск сыпучих материалов из хранилищ;
2. решение оригинального внешнего облика и архитектуры сооружения;
3. гарантированная прочность и долговечность несущих конструкций при минимальных материальных затратах.
Все эти условия предопределяются обоснованным выбором конструктивных форм ёмкостных сооружений.
По очертанию в плане бункеры чаще всего имеют квадратную или прямоугольную форму. Бункеры устанавливают на колоннах располагаемых в углах бункерных ячеек. Поверх бункеров могут быть железобетонные перекрытия с отверстиями для загрузки материалов.
Первое условие обеспечивается правильным подбором геометрических размеров выпускаемого отверстия и углов наклона стенок, которые назначаются по расчёту в зависимости от физико-механических характеристик сыпучего материала в соответствии с рекомендациями [1]. Традиционно днища бункеров представляют собой наклонные гладкие стенки в виде воронки с уклоном 5…10 %, превышающим угол естественного откоса хранимого материала. Такая форма воронок приводит к сводообразованию из хранимых в бункере материалов и зависанию этих материалов вблизи выпускаемых отверстий. Для улучшения выпуска сыпучих материалов применяют улучшенные и усложнённые формы воронок бункера в виде оболочек с гиперболическими и складчатыми поверхностями [2]. Данный бункер для сыпучих материалов в отличие от традиционных выполнен с выпуклыми внутрь складчатыми стенками и размещенными в угловых зонах бункера однолепестковыми гиперболическими оболочками, две верхние кромки которых направлены по наклонным ребрам и примыкают к плоским плитам треугольного очертания, а две нижнее кромки совпадают со скатными ребрами, проходящими через середины нижних обвязочных элементов. В бункерах со стенками в виде гипаров в угловых зонах, где обычно происходит зависание материалов, имеет место увеличение угла наклона образующих к горизонту по мере приближения к выпускному отверстию, что уменьшает сопротивление истечению и оказывает благоприятное влияние на образование гидравлической формы выпуска сыпучего материала.
Применение гипаров, имеющих двоякую кривизну, позволяет с одной стороны изменить тектоническую форму архитектурного сооружения, сделать его образ более эстетичным и привлекательным и выполнить второе условие проектирования. С другой стороны – в конструктивном отношении – это даёт возможность изменить распределение усилий в угловых зонах бункера, устранить концентрацию растягивающих сил в углах, более равномерно загружать обвязочные элементы, что приводит к упрощению узлов сопряжения и стыков между элементами бункера, более равномерному распределению материала и, в конечном итоге, повышению технологичности изготовления и монтажа, снижению расхода строительных материалов.
Третье условие эффективного проектирования бункерных сооружений достигается путем обоснованного выбора расчетных схем и моделей и применения современных методов расчета и конструирования. Монолитные и сборные конструкции бункеров с точки зрения статики представляют собой сложные пространственные сооружения, состоящие из соединенных между собой стенок в виде плит или оболочек, бортовых обвязочных балок, вертикальных и наклонных ребер. Существующая методика расчета основана на условном разделении бункера на отдельные стенки и не учитывает влияния обвязочных балок на напряженно-деформированное состояние конструкции. Подобный подход весьма приближенно отражает действительную работу бункера под нагрузкой, не позволяет в достаточной степени автоматизировать процесс проектирования. Для правильной оценки напряженно-деформированного состояния при расчете бункеров необходимо учитывать пространственный характер работы конструкций [3]. Кроме этого стандартная методика делает затруднительным расчет бункеров с новыми типами воронок, обеспечивающими существенное улучшение выпуска сыпучего материала и исключающими возможность сводообразования над выпускающим отверстием.
Библиографический список
1. Руководство по определению характеристик материала заполнения и геометрических параметров бункеров. ЦНИИПРОМЗДАНИЙ Госстроя СССР.- М.: Стройиздат, 1978.
2. А.С. 1065573 СССР МКИ 4 Е 04 Н 7/22 Днище хранилища для сыпучих материалов / Г.П.Иванов, Ю.Д.Макаров (СССР).- №3398274/29-33; Заявлено 16.02.82. Опубл. 07.01.84. Бюл. № 1.
3. М.В.Плетнёв. Автоматизированное оптимальное проектирование монолитных железобетонных бункеров // Автореф. дисс. на соискание уч. степ. канд. техн. наук. – Екатеринбург: 2005.
