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