MKII - 3. Tankovi i Silosi

8/2/2019 MKII - 3. Tankovi i Silosi

1/78

Tankovi i silosi


2/78

Norme

Eurocode EN 1991-4 Actions on silos andtanks Optereenja na tankove i silose

Eurocode EN 1993-4-1 Design of steel

structures Silos

Eurocode EN 1993-4-2 Design of steel

structures Tanks


3/78

Osnovne oznakedc promjer najvee upisanekrunice u horizontalni presjeksilosa

hc visina cilindrinog dijela(odspoja s lijevkom do ekvivalentneplohe)

hh visina lijevka

r radijus silosa

A/U omjer povrine i opsegahorizontalnog presjeka silosa

ef najvei ostvareni ekscentricitet

punjenjae1 ekscentricitet na vrhu granineplohe materijala

Evivalentna ploha razina na kojojnasuti materijal ima isti volumen

kao materijal s horizontalnompovrinom


4/78

Klase pouzdanosti

Podjela silosa po klasama pouzdanosti, ovisno opouzdanosti konstrukcije i podlonosti razliitim

modovima otkazivanja konstrukcije

Klasa pouzdanosti Opis

Klasa pouzdanosti 3 Silosi sa kapacitetom veim od 10000 tona.

Silosi sa kapacitetom veim od 1000 tona kod kojih se pojavljuje:

a) ekscentrino pranjenje s omjerom eo/dc>0,25 (Slika 1.1b);

b) zdepasti silos sa ekscentricitetom gornje plohe et/dc>0,25.

Klasa pouzdanosti 2 Svi silosi iz ovog standarda koji nisu svrstaniu druge klase.

Klasa pouzdanosti 1 Silosi kapaciteta manjeg od 100 tona.


5/78

Najstroe parametre prorauna ima klasa

3, dok u klasi 1 se doputaju neka

pojednostavljenja.

Odabir vie klase za pojedini objekt je

dozvoljen u dogovoru s investitorom


6/78

Djelovanja na silose

Optereenja uslijed utovara i istovarasipkih materijala

Izvanredna optereenja


7/78

Optereenja od sipkih materijala

Dijele se prema stupnju ekscentrinostipunjenja i pranjenja

Za male ekscentricitete simetrino

optereenje s dodatnim lokalnim

nesimetrinim optereenjima

Za vee ekscentricitete nesimetrinadistribucija tlakova


8/78

Simetrina optereenja od sipkih

materijala

Horizontalni tlak naunutarnju stranu vertikalnih

stijenki silosa ph

Okomiti tlak na kose plohe -

pn

Tangencijalna naprezanjana zidove od trenja pw i pt

Tlak u skladitenommaterijalu pv


9/78

Dodatna lokalna optereenja

Tzv. Patch Load Pomou njih se opisuju manja

ekscentrina optereenja

Dodatna lokalna optereenja zadana su u

vidu horizontalnih optereenja na

vertikalnu stijenku


10/78

Izvanredna optereenja

Eksplozije Udar vozila

Potres Poar


11/78

Karakteristine vrijednosti mehanikih

svojstava sipkih materijala Za optereenja uzima se puna ispunjenost silosa

Za svaki sluaj optereenja treba definirati jedan setvrijednosti svojstava skladitenog materijala , K i i,tako da svako granino stanje je povezano uz

odgovarajui materijal Razliite kombinacije opteenja uslijed punjenja i

pranjenja mogu se koristi pri proraunima graninihstanja.

Za proraun svakog pojedinog dijela silosa uzimaju segornje ili donje karakteristine vrijednosti , K i i zaklase pouzdanosti 2 i 3, dok za klasu 1 moe se koristiti

srednjim vrijednostima


12/78

Uporaba Karakteristine vrijednosti

Koeficijent trenja Koeficijent

bonog tlakaK

Kut unutanjeg

trenja i

Za vertikalne

stijenke

Maksimalni normalni

tlak

donja gornja donja

Maksimalno trenje gornja gornja donja

Maksimalni vertikalnipritisak tereta

donja donja gornja

Za stijenke lijevka Koeficijent tlakaza lijevak F

Maksimalni pritisak

pri punjenju

gornja vrijednost za

lijevak

donja donja

Maksimalni pritisakpri pranjenju

donja vrijednost za lijevak gornja gornja


13/78

Podjela optereenja ovisno o

mjestu i vrsti djelovanja

Optereenje od punjenja na vertikalnezidove

Optereenje od pranjenja na vertikalne

zidove

Optereenje od punjenja i pranjenja na

ravna dna

Optereenje od punjenja na lijevke

Optereenje od pranjenja na lijevke


14/78

Podjela djelovanja ovisno o reimu

istjecanja

Ukupno istjecanje Cijevasto istjecanje

Mjeano istjecanje

Ovisi o vrsti materijala i vitkosti silosa


15/78


16/78


17/78


18/78

Razredi vitkosti silosa


19/78

Vitki silosi 2,0 < hc/dc Srednje vitki silosi 1,0 < hc/dc < 2,0

Zdepasti silos 0,4 < hc

/dc

< 1,0 Zadravajui silosi hc/dc < 0,4


20/78

Proraun optereenja

Prilikom prorauna optereenja trebavoditi rauna o:

Karakteristikama uskladitenog materijala

Trenju izmeu materijala i silosa

Geometriji silosa

Metodama punjenja i pranjenja silosa


21/78

Vitki silosi - punjenje


22/78

Vitki silosi - punjenje

karakterictina jedinina teina

karakteristino trenje izmeu materijala i

zida silosa

K karakteristina vrijednost bonog tlaka Z dubina ispod mjerodavne razine materijala

A povrina poprenog presjeka silosa U unutarnji promjer poprenog presjeka


23/78

Proraun vitkih silosa

nesimetrino punjenje

ppfs = ppfcos


24/78

Vitki silosi - pranjenje phe = Chphf

pwe = Cwpwf

Ch - faktor pranjenja za horizontalni tlak

Cw - faktor pranjenja za trenje po zidu

Za klase pouzdanosti 2 i 3 faktori su: Ch = 1,15 iCw = 1,10

Za klasu pouzdanosti 1


25/78

Vitki silosi nesimetrino

pranjenje

Za klasu pouzadnosti 1 moe se zanemariti

Za klasu 2 i 3:


26/78

Toplinska optereenja uslijed razlike

temperature izmeu uskladitenihmaterijala i silosa

Tlak uslijed sniavanja vanjske temperature -

javlja se prilikom uskladitenja temperaturno

inertnijih materijala od elika Tlak uslijed punjenja silosa vruim materijalom

javlja se uslijed nejednakog irenja donjeg,

ugrijanog dijela i gonjeg hladnog dijela


27/78


28/78


29/78

Oblik raspodjele naprezanja ovisno

o tipu lijevka

PranjenjePunjenje


30/78

Srednji vertikalni pritisak na ravnini prijelaza izvertikalnog zida u lijevak:

pvf vrijednost vertikalnog tlak na ravnini prelaza

Cb faktor uveanja optereenja

Faktor Cb u obiajenim situacijama za klasu pouzadnosti2 i 3 iznosi 1,0, a za klasu 1 iznosi 1,3. U iznimnimsluajevima gdje dolazi do velikog prenosa siladinamikim udarom virijednosti iznose za klasu 2 i 3: 1,2,

a za klasu 1: 1,6. Za ravno dno mjerodavno naprezanje je pvf


31/78

Strmi nagib - punjenje


32/78

Strmi nagib - pranjenje


33/78

Plitki nagib - punjenje

Pri pranjenju mogu se uzeti iste vrijednosti kao i za punjenje.


34/78

Proraun silosa

Konstrukcija silosa obuhvaa sve plo

astei ljuskaste elemente (shell), ukljuujui

ukrute (stiffners), rebra (ribs), prestenaste

nosae (rings) i dodatke (attachments),ne ukljuujui stupove (supporting

structures).


35/78


36/78

Klase posljedica otkazivanja

konstrukcije

Ovisno o riziku uvode se klase posljedica za pomo pri

proraunu. Via klasa znai otrije zahtjeve priproraunu. Granice klasa dane su u tablici:


37/78

Klasa posljedica Projekni sluaj

Klasa posljedica 3 Silosi koji lee na tlu ili silosi ija je vertikalna stjenka produena dotla iji kapacitet prelazi W3a tona.

Tokasto oslonjeni silosi sa kapacitetom veim od W3b tona.

Silosi sa kapacitetom veim od W3c za sluajeve:a) ekscentrino pranjenje;

b) local patch loading;

c) nesimetrino punjenje.

Klasa posljedica 2 Svi silosi iz ovog standarda koji nisu svrstani u druge klase.

Klasa posljedica 1 Silosi sa kapacitetom izmeu W1a* i W1b tona

* Silosi manjeg kapaciteta od W1a tona nisu pokriveni ovim standardom


38/78

Granice klasa Preporuena

vrijednost

(tona)

W3a 5000

W3b 1000

W3c 200

W1b 100

W1a 10


39/78

Analiza konstrukcije

Svi modeli koijma se modeliraju

konstrukcije silosa trebaju sadravati

pored ljuski sve ukrute, velike otvore i

dodatke. Takoer treba modelirati nanain da rubni uvjeti budu to tonije

opisani


40/78

Naini proraunaZa klasu posljedica 3:

Svi unutarnji momenti i sile raunaju se iz valjanog numerikog

modela konanim elementima (finite element shell analysis)Za klasu posljedica 2

U sluaju osnosimetrinog optereenja i pridranja mogu seprimjeniti dva prorauna:

Membranskom teorijom moe se doi do naprezanja. Teorijomelastinog savijanja mogu se opisati lokani efekti savijanja.

Numeriki model

U sluaju da ne postoji osnosimetrinost sustava, treba se koristiti

numerikim modelom.Za klasu posljedica 1

Membranskom teorijom definirati naprezanja, s faktorima ipojednostavljenim izrazima opisati efekte lokalnih savijanja i

nesimetrinih djelovanja na konstrukcija.


41/78

Membranska teorija

Diskretni ojaanja u vidu prstena imaju

utjecajnu irini od 0,78*(rt)0.5 s gornje i

donje strane, osim na spoju s lijevkom

Lokalna savijanja promatraju se odvojeno


42/78

Pravokutni presjeci silosa

Potrebno je modelirati svaku plou

posebno pri emu treba optereenja is

susjednih ploa prenijeti na promatranu i

ukljuiti njihovu savojnu krutost


43/78

Valovite ploe U proraun ulaze kao jednolike ortotropne ploe

d razmak izmeu vrha i dna ploe l valjna duljina valovitosti ploe

R lokalni radijus zakrivljenosti na vrhu


44/78

Valovite ploe Ekvivalentna membranska

svojstva (rastezanje)

Ekvivalentne savojne krutosti,

po jedinici duljine

Di i i j ljk tih


45/78

Dimenzioniranje valjkastih

zidova Valjkaste zidove treba provjeriti na:

LS1 Plastino granino stanje optornost na lom uslijed plastinog otkazivanja pod unutarnjim tlakom i/ili vanjskim utjecajima otpornost spojeva

LS2 Ciklika plastifikacija otpornost na lokalno savijanje

lokalizirani efekti

LS3 Stabilnost Otpornost na izvijanje uslijed tlane centrine sile

Otpornost na izvijanje uslijed vanjskih sila

Otpornost na izvijanje uslijed posminih sila uslijed nesimetrinog optereenja

Otpornost na izvijanje uslijed posminih sila uz nosive stupove

Otpornost na lokalno izvijanje iznad oslonaca

Otpornost na lokalna oteenja uz otvore Otpornost na lokalno izvijanje uslijed nesimetrinih djelovanja

LS4 Zamor

Za silose u klasi posljedica 1 LS2 i LS4 mogu se zanemariti


46/78

Otpornost valjkastih zidova Kada se statiki sustav rauna preko membranske

teorije iz prorauna dobiva se polje naprezanja skomponentama nx,Ed, n,Ed i nx,Ed iz kojih se moeizraunati ekvivalentno raunsko naprezanje

Kad se statiki sustav rauna po teoriji elastinog savijanja iz


47/78

Kad se statiki sustav rauna po teoriji elastinog savijanja izprorauna dobiva se dvodimenzionalno polje unutarnjih sila s

komponentama nx,Ed, n,Ed,nx,Ed,mx,Ed, m,Ed i mx,Ed iz kojih se moguizraunati naprezanja:

Izvijanje uslijed centrikog tlaka


48/78

Izvijanje uslijed centrikog tlaka

(meridijalni tlak) Poetni parametar pri definiranju otpornosti na izvijanje je faktor

kvalitete Q

Reprezentativna imperfekcijska amplituda wok definira se kao:


49/78

Redukcijski faktor za elastinu imperfekciju za prazni silos:

pri emu je = 1 za jednoliki tlak po opsegu

Kada je silos tlaen iz unutra, elastini faktor imperfekcije uzima se manji od

dvije vrijednosti pe i pp koji se definiraju po lokalnim vrijednostimaunutarnjeg tlaka p. Za klasu posljedica 1 dovoljno je tono definirati faktor

imperfekcija na 0.

Faktorpe - elastini faktor redukcije uslijed imperfekcija tlaenog silosa

definira se prema najmanjem lokalnom tlaku (onome za kojega se moegarantirati) na toki koja se promatra.


50/78

gdje su:

ps minimalna pouzdana raunska vrijednost tlaka u silosu u promatranoj

toki

x,Rcr elastino kritino naprezanje izvijanja

Faktorpp - plastini faktor redukcije uslijed imperfekcija tlaenog silosa

definira se prema najveem lokalnom tlaku (onome za kojega se moe

garantirati) na toki koja se promatra.


51/78

gdje je:

ps maksimalna pouzdana raunska vrijednost tlaka u silosu upromatranoj toki

Nejednoliko naprezanje po opsegu


52/78

Nejednoliko naprezanje po opsegu

cilindra Odredi se najvee neprezanje u elementu x0,Ed i naprezanje na udaljenosti

y = r= 4*(rt)^0,5 od njega koje se definira kao x1,Ed

preporueno b = 0,40

Kritino naprezanje u izotropnoj


53/78

Kritino naprezanje u izotropnoj

ploi

Raunsko doputeno naprezanje koje se smije javiti iznosi

Raunska naprezanja

Redukcijski faktor rauna se kao

Redukcijski faktor X raRedukcijski faktor X rauna se kaouna se kao


54/78

= 0, ep, pp, L ovisno o proraunu = 0,60

Izvijanje uslijed vanjskog tlaka unutarnjeg


55/78

Izvijanje uslijed vanjskog tlaka, unutarnjeg

parcijalnog potlaka i vjetra (tlak u smjeru opsega)

Vertikalni zidovi djele se na segmente, kojima granice su na

ukrutama, promjeni debljine lima ili na mjesu pridranja. Procijenaizvijanja provodi se na pojedinom segmentu ili grupi segmenata gdjese oekiva gubitak stabilnosti.

Kritini vanjski tlak za izvijanje izotropnih ploa

t debljina najtanjeg dijela u zidu l visina segmenta

Cb koeficijent izvijanja uslijed vanjskog tlaka, ovisi o pridranju gornjegruba zida

Cw koeficijent distribucije tlaka vjetra

Stanje gornjeg ruba Pokrov je nastavak

stijenki

Gonji rub

zadovoljava

Gonji rub ne

zadovoljava


56/78

(puni kontinuitet) 5.3.2.5 (12)-

(14)

5.3.2.5 (12)-

(14)

Cb 1,0 1,0 0,6

Za provjeru dali gornji prsten zadovoljava pridranje u smislu nosivosti i

krutosti.

pn,Edu raunska vrijednostjednolike komponente od vanjskogtlakapn,Edw raunska vrijednost tlaka

stagnacijske toke uslijed vanjskogtlakapnS1 referentni tlaka za momentsavijanja prstenaM,Edo raunska vrijednostmomenta savijanja povezanog s

zakrivljenostiM,Edw raunska vrijednostmomenta savijanja uslijed vjetraIz moment tromosti prstena zasavijanje u smjeru prstenaL ukupna visina vetrikalnog zidat debljina najtanjeg elementa u

zidu


57/78

k1 = 0,1 je preporuena vrijednost


58/78

Membranski posmik Gdje je vei dio zida izloen posminom optereenju uslijed

ekscentrinog optereenja ili potresa provjerava se presjek nagubitak stabilnosti uslijed posmika.

Kritino naprezanje za posmik iznosi

Minimalna savojna krutost prstena oko opsega koji definira podruje zida nakoje postoji problem izvijanja uslijed posminog naprezanja dana jeizrazom:

Predloena vrijednost za ks = 0,10


59/78

Dozvoljena raunska naprezanja dana su sljedeim izrazima, a

mjerodavno je ono manje.

faktor redukcije uslijed izvijanja, 0,80 je preporuena vrijednost.

U svakoj toki konstrukcije sljedei uvjet treba biti zadovoljen

nx,Ed tx,Rd

Interakcija izmeu meridijalnog tlaka


60/78

Interakcija izmeu meridijalnog tlaka,

tangencijalnog tlaka i membranskog posmika

Moe se zanemariti ako su dva od tri raunska

naprezanja manja od 20% svojih raunskih optornosti.

Pl l j h i t l j


61/78

Ploe sa valovanjem u horizontalnom smjeru

Pretpostavlja se u proraunima da vertikalne ukrute imaju kontinuiranu

savojnu krutost du cijele visine zbog otpornosti na izvijanje uslijed

djelovanja vanjskog tlaka. Takoer spojna sredstva trebaju biti tako

dimenzionirana da prenose optereenja od trenja materijala u potpunosti u

vertikalne ukrute.


62/78

Razmak izmeu spojnih sredstava mora biti manji od 3 opsega


63/78

Dimenzioniranje na uzduni tlak Nain dimenzioniranja ovisi o razmaku vertikalnih ukruta.

svoenje ploe na ekvivalentnu ortotropnu plou i provjeraizvijanja iste ukoliko horizontalni razmak ukruta zadovoljava

postavljeni uvjet

izvijanje vertikalnih ukruta kao samostalnih nosaa


64/78

Neukrueni zid Ukoliko je zid neukruen, karakteristina lokalna otpornost naizvijanje definirana je kao vea od sljedea dva izraza:

t debljina lima

d visina od brijega do dola vala lima

R lokalna zakrivljenost vala r radijus valjkastog zida

nx,Rkje neovisan od unutarnjeg tlaka

Raunska vrijednost otpornosti na lokalno izvijanje dano je izrazom:


65/78

Pri emu je x elastini faktor imperfekcije, predloena vrijednost0,80

Za svaki toku konstrukcije treba biti zadovoljen uvjet


66/78

Zid tretiran kao otrotropna ploa Horizontalni razmak izmeu nosaa mora biti manji od:

Dy savojna krutost po jedinici duljine najtanjeg dijela paralelnog s

valovanjem Cy krutost istezanja po jedinici duljine najtanjeg dijela paralelnog s

valovanjem

r radijus cilindra

Preporuena vrijednost kdx = 7,4 Odredi se najvee neprezanje u elementu x0,Ed i naprezanje na

udaljenosti y = r= 4*(rt)0,5 od njega koje se definira kao x1,Ed

li pola valne duljine izvijanja uvertikalnom smjeruAs povrina poprenog presjekaukrute


67/78

Is moment tromosti ukrute za

vertikalno savijanjeds razmak izmeu ukrutaIts torziona kutost ukrutees ekscentricitet ukrute u odnosuna srednju os ploceAr povrina poprenog presjekaprstenaste ukruteIr moment tromost za savijanje usmjeru opsegadr razmak izmeu prstenastihukrutaItr torziona krutost prstensteukrute

er ekscentricitet prstenaste ukruteu odnosu na srednju ravninu ploeC krutost lima na razvlaenje uvertikalnom smjeruC krutost lima na razvlaenje usmjeru opsegaC krutost lima na membranski

posmikD krutost lima na savijanje uvertikalnom smjeruD krutost lima na savijanje usmjeru opsegaD krutost lima na uvrtanje

r promjer silosa

Otpornost na izvijanje ortotropne ljuske dana je manjom od ove dvije

vrijednosti:


68/78

x faktor imperfekcije, prepouruka x = 0,80

U svakoj toki konstrukcije treba biti zadovoljeno

Zid u kojem vertikalnu silu nosi


69/78

samo ukruta Moe se raunati na sljedei nain:

Zanemariti utjecaj limova na otpornost prema izvijanju

Ukljuiti utjecaj lima na otpornost prema izvijanju Ako se zanemari utjecaj lima onda se otpornost rauna kao za obian stup, s linijom

izvijanja c, bez obzira na vrstu profila i s duljinom izvijanja razmak izmeu prstenastihukruta.

Ako se ukljuuje utjecaj lima onda se koristi manja od ove dvije vrijednosti:

Dy savojna krutost lima

ds razmak vertikalnih ukruta Za svaku toku u ukruti treba biti zadovoljeno:


70/78

Dimenzioniranje koninih lijevaka

Lijevke treba provjeriti na:

otpornost na pucanje uslijed unutarnjeg tlaka i trenjauz vertikalnu plohu

otpornost na savijanje na mjestu spoja s vertikalnim

zidom otpornost na zamor

otpornost spojeva

otpornost na posmik lokalni efekti

Oznake lokalnih osi koninih lijevaka


71/78

Oznake lokalnih osi koninih lijevaka


72/78

Izotropni lijevak Kritine toke spoja s vertikalnim dijelom

Raunska sila u kritinoj toki:

gasym koeficijent asimetrinosti preporua se 1,2 nh,Ed,s raunska vrijednosti meridijalne membranske sile po jedinici opsega, kada je optereenje

potpuno simetrino


73/78

Raunska otpornost u spoju

fu vlana vrstoa

preporua se kr = 0,90

Plastini mehanizam u toki spoja ili


74/78

promjeni debljine lima

Raunska otpornost:

t lokalna debljina stijenke lijevka

r radijus zakrivljenosti na mjestu plastinog mehanizma

polukut lijevka

koeficijent trenja za lijevak

u svakoj toki konstrukcije treba zadovoljiti


75/78

Lokalno savijanje na mjestu spoja Ukoliko se ne koristi metoda konanih elemenata preko sljedeih izraza moe se

izraunati efektivne sile i momenti:

th lokalna debljina lima lijevkatc debljina lima vertikalnogelementar promjer silosa na spojunh,Ed raunska vrijednost

meridijalnog membranskog stresa navrhu lijevkapnh lokalna vrijednost tlaka nalijevak ispod spojapnc lokalna vrijednost tlaka navertikalni zid iznad spoja

Lokalno naprezanje uslijed ovih sila dano je u sljedeem izrazu:


76/78

ts debljina vertikalnog dijela ispod spoja

Aep povrina poprenog presjeka prstenaste ukrute na spoju bez utjecaja okolnih limova


77/78

Detalji izvedbe


78/78

Detalji izvedbe Otvori:

Prstenaste ukrute pri spoju vertikalni zid lijevak

Documents

MKII - 3. Tankovi i Silosi