SPECIJALNE METALNE KONSTRUKCIJE

BUNKERI I SILOSI

1

BUNKERI I SILOSI

BUNKERI I SILOSI

Čelične konstrukcije (posude) za skladištenje materijala kao što su: ugalj, rude, cement, zrnasti poljoprivredni proizvodi i sl. Primena u:

2

Primena u:Rudarstvu Poljoprivredi, Gradjevinarstvu Procesnoj industriji

Izvode se kao pojedinačne konstrukcije ili se izvode u grupamaPoprečni presek posude (bunkera, silosa) može biti: kružni kvadratni pravougaoni

3

može biti: kružni, kvadratni, pravougaoniOsnovna razlika između bunkera i silosa je u načinu određivanja računskog opterećenja unutrašnjim potiskom uskladištenog materijala

4

5

6

7

8

9

10

11

DEFINICIJA SILOSASilosi su visoke uske posude kod kojih su ispunjena dva uslova:

Visina plašta hf veća je bar 1,5 puta od najmanje dimenzije plašta D u osnovi – hf>1,5 D

12

f

Ravan povučena pod uglom unutrašnjeg trenja materijala f iz presečne tačke izvodnice plašta i levka silosa preseca suprotnu izvodnicu plašta unutar konstrukcije silosaDopušteno je pri analizi opterećenja uzeti u obzir trenje uskladištenog materijala o zidove silosa

13

DEFINICIJA BUNKERA

Bunkeri su posude koje zadovoljavaju sledeće kriterijume:

Najmanja dimenzija plašta a u osnovi je bar 1,5 puta veća od visine h1

14

puta veća od visine h1

Presečna tačka ravni, povučene pod uglom unutrašnjeg trenja materijala f iz preseka izvodnice plašta pada izvan konstrukcije bunkeraPri proračunu opterećenja ne uzima se u obzir trenje uskladištenog materijala o zidove plašta i levka bunkera

Karakteristike

U statičkom smislu predstavljaju sistem površinskih nosača međusobno povezanih u prostornu celinu Posude manjih dimenzija grupišu se

15

Posude manjih dimenzija grupišu se Bunkeri i silosi manjih dimenzija mogu se dimenzionisati pojednostavljnim metodama koje podrazumevaju primenu linearnih sistema, umesto relativno složenih površinskih

OBLIKOVANJE BUNKERA I SILOSA

Najvažnije je zadovoljiti funkcionalne zahteveOsnovna namena – skladištenje sirovineVažno je definisati

16

Broj i oblik ćelijaPoložaj unutar postrojenjaU fazi projektovanja mora se posebna pažnja posvetiti ispitivanjima materijala koji će se skladištiti da bi se obezbedio nesmetan protok materijala

Uzroci koji ometaju funkcionisanje bunkera i silosa

Formiranje svodova u matrijalu ispuneKarakteristika granulisanih matreijala sklonih lepljenju Zavisi od vlažnosti agregata

17

Zavisi od vlažnosti agregataZavisi od ugla unutrašnjeg trenja materijalaZavisi od granulometrijskog sastava Rizik formiranja svodova znato se smanjuje ukoliko je jedan zid vertikalan

Dijagram sila pri zasvođavanju materijala u bunkerima (prema Taubmann-u)

18

Korigovani dijagram sila pri zasvođavanju materijala u bunkerima

19

Lepljenje materijala na zidove bunkera

Pojava koja karakteriše bunkere sa rapavim zidovimaKarakteriše mesta sa oštrim uglovima, rogljeve nezaobljene ivice i sl

20

rogljeve, nezaobljene ivice i sl.Može prouzrokovati ozbiljne teškoće u funkcionisanju posude

Mere za poboljšanje protoka materijala

Veliki broj procesa je jako osetljiv na redovno dopremanje sirovineMora se obezbediti nesmetan protok sirovine kroz posudu

21

pPri projektovanju treba se pridržavati sledećih preporuka

Dimenzije izlaznog otvora moraju biti dovoljne min800mmStranica otvora bar 4-5 puta veća od srednjeg prečnika granulisanog materijala

U slučaju okruglog otvora prečnik otvora bar 7 puta veći od srednjeg prečnika uskladištenog materijalaPovoljniji su pravougaoni i eliptični otvori u odnosu na kružne i kvadratne

Treba težiti da jedan zid bunkera bude

22

Treba težiti da jedan zid bunkera bude vertikalanNagib zidova bunkera bar 15o veći od ugla unutrašnjeg trenja materijalaNaspramni zidovi bunkera treba da budu izvedeni pod različitim nagibima

Položaj izlaznog otvora treba da je nesimetričan u odnosu na osnovu posude Ivice koje obrazuju dve susedne stranice, moraju biti zaobljene ugrađivanjem kružnih

23

moraju biti zaobljene ugrađivanjem kružnihelemenata minimalnog poluprečnika r=200mmZaobljenja se moraju voditi po celoj visini Zaobljenja se izvode i u levku

Nesimetričan položaj izlaznog otvora

24

Zaobljenje rogljeva

25

Zidovi moraju biti ravni i glatki Ukoliko postoji opasnost od abrazije noseća konstrukcija se oblaže pločama debljine 12-20mm od tvrdog čelika

26

12 20mm od tvrdog čelikaAbrazija se može sprečiti i upotrebom odgovarajućeg premazaPosude za smeštaj materijala povećane vlažnosti treba zaštititi od dejstva niskih temperatura

Povoljni konstruktivni oblici mogu poboljšati funkcionisanje posudeČesto se koriste pomoćna mehanička sredstva u cilju poboljšavanja protočnosti

27

j p j j pmaterijalaU najširoj upotrebi su i vibratori koji se montiraju na zidove posuda sa spoljne strane Rasprostranjeno sredstvo su i pneumatski jastuci

Vibracioni uređaji za pražnjenje bunkera

28

Pneumatski gumeni jastuci

29

Najrasprostranjenije mehaničko sredstvo za obaranje svodova su metalne šipke koje se povremeno uvlače i pomoću kojih se ruše formirani svodovi

30

formirani svodoviVratila sa nesimetričnim šipkama ugrađena u levak posude mogu uspešno pomoći funkcionisanju posude

Mehaničke naprave za pražnjenje bunkera

31

Dispozicija bunkera za ugalj

Zapremina oko 2500 t“Kolubara” VreociUkupno 8 ćelija 8,0x10,0x8,55 m

32

Izlazni otvor 1,10x1,55 m nesimetričan u odnosu na osu posude

Dispozicija

33

Dispozicija jedne ćelije silosa za ugalj TE “Nikola Tesla B”

34

OPTEREĆENJE BUNKERA

Univerzalni model sa ekscentričnim otvorom u odnosu na osu bunkera

35

Opterećenja bunkera

Analiziraju se maksimalni uticaji za jednu ćeliju Višećelijski bunkeri dimenzionišu se za najnepovoljniju kombinaciju punjenja

36

j p j j j p j jOpterećenja:

Sopstvena težina (konstrukcija + oprema)Sneg, VetarSeizmikaOd posebnog značaja je opterećenje usled uskladištenog materijala

Aksonometrijska šema bunkera sa jednom ćelijom

37

Vertikalno opterećenje

Vertikalno opterećenje na jedinicu dužine horizontalne projekcije ćelije

[kN/m]zz Pp =

38

Pz=Vz γ (težina materijala)

( ) [kN/m]2 zz

w bap

+=

U slučaju nesimetričnog otvora u odnosu na položaj ose bunkera

Zapremina uskladištenog materijala iznad

( ) [kN/m] 2

zy

zx

zz

zzw ba

Pp νν ⋅⋅+

=

39

Zapremina uskladištenog materijala iznad analiziranog poprečnog preseka:

( ) ( )[ ] 22 6 000 zzzzzz aabaabZHzbaV +⋅++⋅⋅⋅

+⋅⋅=

Računski model bunkera za vertikalno opterećenja

40

Koeficijenti νxz za zid paralelan osovini X i

νxz za zid paralelan osovini Y

( )( )

( )( )

zzzy

zzz

zzzx

baabaXc

abbbaYc

361

361

+⋅+

±=

+⋅+

±=

ν

ν

41

Znak + koristi se za bližu stranicu u odnosu na težište bunkera Znak – za dalju stranicu u odnosu na težište bunkera

( )zzz baa 3+⋅

Vrednosti Xc i Yc predstavljaju apsolutne vrednosti koordinata težišta bunkera u horizontalnoj projekciji Opterećenje p za celu zapreminu bunkera

42

Opterećenje pwi za celu zapreminu bunkerakoja deluje po obimu preseka levka i vertikalnog plašta bunkera je:

( ) ( ) [kN/m] 2

2 yxyxwi ba

Vba

Pp ννγνν ⋅⋅+⋅

=⋅⋅+

=

Koeficijenti νx za zid paralelan osovini X i νxza zid paralelan osovini Y

( )( )

( )( )b

baXc

abbbaYc

y

x

361

361

+±=

+⋅+

±=

ν

ν

43

V – Ukupna zapremina uskladištenog materijalaγ – Zapreminska težina uskladištenog materijalaa, b – dužine stranica

( )baay 3+⋅

Horizontalni potisak materijala

U slučaju vertikalnog zida horizontalni pritisak pH jednak je:

][kN/m)2/45( 22 KZtgZp ⋅⋅=−⋅⋅= γϕγ

44

γ – zapreminska težina materijalaz – visina zidaϕ – ugao unutrašnjeg trenja materijala

][kN/m )2/45( aH KZtgZp ⋅⋅=−⋅⋅= γϕγ

Horizontalni potisak materijala u bunkeru

45

U slučaju zakošene površine pod uglom α potisak materijala pH’ upravno na površinu jednak je:

ppp HH += αα cossin'

46

[ ]mZpKZp

ZtgZpppp

H

aH

H

zHH

⋅⋅=

+⋅⋅=

⋅⋅+−⋅⋅=

+=

γααγ

αγαϕγ

αα

'cossin'

cos sin)2/45('cossin

22

222

Vertikalna opterećenje pz na horizontalnu projekciju površine:

][kN/m cos 2αγ ⋅⋅= Zpz

47

Horizontalni potisak pH na vertikalnu projekciju površine

( ) ][kN/m sin2/45 22 αϕγ −⋅⋅= tgZpH

Ako je položaj ispusnog otvora u horizontalnoj projekciji ekscentričan nagibi uglova stranica su različitiIntezitet horizontalnog potiska je različit za

48

Intezitet horizontalnog potiska je različit za svaku stranu levka Proračun se vrši sa maksimalnom vrednošću horizontalnog potiska

OPTEREĆENJE SILOSA

Osnovna opterećenja silosa obuhvataju se na uobičajen način za noseće čeične konstrukcijeU osnovna opterećenja silosa spadaju

49

U osnovna opterećenja silosa spadaju Sopstvena težina konstrukcije i opremeAtmosferski uticaji (sneg, vetar)Ljudska navalaSeizmički uticaji

Opterećenje silosa uskladištenim materijalom

Najčešće se koriste preporuke Američkog standarda ACI 313-77. ACI 313-77 dopušta da se pri određivanju opterećenja silosa uzme u obzir sila trenja

50

opterećenja silosa uzme u obzir sila trenja materijala o zidove silosa

Šema opterećenja silosne ćelije kružnog poprečnog preseka

51

Ugao unutrašnjeg trenja

52

Ugao prinudnog nagiba

Fizičke osobine granulisanih materijala (prema ACI 313-77)

53

Jannesn-ova metodaVertikalni statički pritisak na dubini z ispod površine uskladištenog materijala

][kN/1 2'

⎥⎤

⎢⎡⋅ −

RKzR μγ

54

pz – vertikalno opterećenjeγ – zapreminska težina materijalaR=F0/O – hidraulički radijus poprečnog preseka silosa

][kN/m1'

2⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡−⋅= R

z eKaRp

μγ

Fo – površina poprečnog preseka silosa [m2]O – obim horizontalne projekcije silosa [m]μ’ – koeficijent trenja materijala o zidove silosaϕ – ugao unutrašnjeg trenja e – 2 718 prirodni broj

55

e 2,718 prirodni brojz – dubina posmatranog sloja

[ ] 2/45sin1sin1 2 ϕ

ϕϕ

−=+−

= tgKa

Horizontalni statički potisak materijala na dubini Z

][kN/m 2azH Kpp ⋅=

56

pH – Horizontalni pritisak materijalapz – Vertikalni pritisak matreijalaKa=tg2 (45-ϕ/2)

Vertikalna sila trenja koja se predaje po obimu ukupne visine zida iznad posmatrane dubine Z

57

( ) [kN/m] 8,0 RpZV z−⋅= γ

Reimbert-ova metoda

Vertikalno statičko opterećenje q na dubini Zispod površine uskladištenog materijala:

][kN/m1 21

⎥⎤

⎢⎡

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅=

−s

zhZZp γ

58

Horizontalni statički pritisak na dubini Z:

][3 ⎥

⎥⎦⎢

⎢⎣

⎟⎠

⎜⎝

z cp γ

][kN/m 11 22

max⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−⋅=

−

cZppH

Vertikalna sila trenja po širini ukupne visine zida iznad posmatrane dubine Z

[ ] [kN/m]RpZV

59

[ ] [kN/m]R⋅−⋅= zpZV γ

U prethodnim izrazima korištene su sledeće vrednosti:

Silos kružnog poprečnog preseka D

2γ ⋅D

60

][kN/m'4

2max μ

γ⋅⋅

=Dp

[m] 3h-

'4s

KDCμ⋅

=

Silos poligonalnog poprečnog preseka sa više od 4 strane

][kN/m2γ Rp ⋅=

61

R=D1/4 (D1-prečnik upisanog kruga)

][kN/m'max μ

p =

[m] 3h-

'41 s

KLC

μπ ⋅=

Silos pravougaonog preseka (na kraćoj strani a)

][kN/m '4

2max μ

γ⋅⋅

=ap

62

4 μ

[m] 3h-

'1 s

KaC

μπ=

Silos pravougaonog preseka (na dužoj strani b)

][kN/m '4' 2

max μγ

⋅⋅

=ap

63

a’=2ab/a+b

4 μ

[m] 3h-

'1' s

KaC

μπ=

Potisak na kosu stranicu i po metodi Jannsen-a i po metodi Reimert-a

αα 22 cossin' zHH ppp +=

64

zHH ppp

Tokom eksplatacije zapažene su ne tako retke havarije silosaUzroci svih havarija su povećani uticaji usled dinamičkog opterećenja Kritičan je postupak pražnjenja silosaEf k t ć j t ć j i ž j j

65

Efekat povećanja opterećenja pri pražnjenjusilosa definisan je u standardu ACI 313-77Koeficijentom C (vrednost od 1,00 do 1,75) množe se sva statička opterećenja

Dimenzionisanje elemenata bunkera

Konstrukciju bunkera formiraju površinski nosači od ravnih limova sa ukrućenjimaUobičajena debljina lima opšivke 8-16 mmM ti b i h b j

66

Mora se uzeti u obzir habanjePri formiranju površinskih nosača mora se voditi računa o redosledu zavarivanja ukrućenja, moguće su velike termičke deformacije

Moguće deformacije limova opšivki pri zavarivanju ukrućenja

67

Lim opšivke karakteriše složeno naponsko stanje. Karakteristični naponi u limu opšivke:

Napon zatezanja usled vertikalnog opterećenja σz

σ 1 zwp

=

68

Napon zatezanja usled membranske sile

( )ασ

sinzz F

⋅=

zs F

S

lpES

=

⋅⋅

−⋅

=

σ

μδ

322

2 241 ( )1''21

++⋅= HnHn ppp

Računski model lima opšivke levka

69

Napon usled savijanja u polju ploče

xWMfSMM Mxx =⋅−=

π

σ

i

0

70

U predhodnim izrazima su:f – ugib pločeS – membranska sila zatezanjaSE – Euler-ova sila izvijanja ploče

SSlplf

E +⋅=

π

sin43

2

Neophodno je proveriti vrednost rezultujućeg napona u limu opšivke

U polju

Na osloncu

dopMszp σσσσσ ≤++=

71

dopszo σσσσ ≤+=

Ukrućenja

Najčešće se konstruišu i izvode od:Vruće valjanog L profilaZavarenog T poprečnog preseka

D li l št i b i i

72

Deo lima plašta uzima se u obzir pri proračunu ukrućenjaSedejstvujuća širina plašta sa jednim ukrućenjem je 30δ (δ debljina lima)

Sadejstvujuća širina lima ortotropne ploče

73

Računski model rebra za ukrućenje plašta

74

Bunkerske ćelije kružnog preseka

Čine ih gornja cilindrična i donja konusna ljuskaOslanjaju se po obimu

N č ti i t b k lik j č ik D 6 0

75

Na četiri stuba ukoliko je prečnik D<6,0m Na 6-8 stubova ukoliko je prečnik D>6,0mProstorna stabilnost konstrukcije za horizontalna optrećenja obezbeđuje se vertikalnim spregovima između stubova

Cilindrične i konusne ljuske male debljine zidova pod rotacionosimetričnim opterećenjem računaju se kao membrane (opterećene silama zatezanja)

76

(opterećene silama zatezanja)Cilindrična ljuska računa se prema radijalnoj sili zatezanja po jedinici vertikalne površine presekaDimenzije ljuske proveravaju se prema membranskim silama

Dispozicija silosa kružnog poprečnog preseka

77

Konstrukcija silosa

Gornja cilindrična ljuskaDonja konusna ljuskaStubovi – broj stubova zavisi od prečnika il

78

silosaVertikalnih spregova

Karakteristični detalji Detalj konstrukcije za montažu levka

79

Detalj roglja horizontalnih rebara za ukrućenje

80

Tolerancije mera i oblika

Konstrukcije bunkera i silosa svrstavaju se u razred prve potrebne tačnosti izradeZa konstrukcije kružnog preseka propisane granice tolerancije su se pokazale kao nužne

81

granice tolerancije su se pokazale kao nužnei potrebnePropisuju se:

Odstupanja u dužini do max 1,6mmOdstupanja u širinu do max 0,8mm

82

Odstupanja od pravougaonosti do max 3,0mm

83

Nepodudaranost ploča u horizontalnom šavu do max 1,2 mm

Nepodudaranje ploča u vertikalnom šavu do max 0,8 mm

84

Odstupanje od projektovanog radijusa najnižeg sloja do max 3,0 mm Odstupanje od projektovanog radijusa ostalih slojeva plašta do max 14,5 mm

85

Odstupanje izvodnice plašta od vertikale do max 18,0 mm

86

Lokalne neravnine plašta do max 3,0 mm

87

Lokalne neravnine izvodnice plašta do max 3,0 mm

Lokalne neravnine izvodnice plašta do max 3,0 mm

88