Ордена Трудового Красного Знамени    Ордена Трудового Красного Знамени

Центральный научно-исследовательский    Центральный научно-исследовательский

и проектно-экспериментальный институт    и проектный институт Промзернолроект

комплексных проблем строительных    Комитет хлебопродуктов России

конструкций и сооружений им. в.А. Кучеренко

Министерства архитектуры и строительства г ^ссийосой Федерации

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО РАСЧЕТУ СИЛОСОВ СПИРАЛЬНО-НАВИВНОГО ТИПА

МОСКВА-1992

РЕКОМЕНДАЦИИ

ПО РАСЧЕТУ СИПОСОВ СПИРАЛЬНО-НАВИВНОГО ТИПА

Утверждены директором ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко 18 января 1991 I.

МОСКВА-1992

Пр4 этом согласно табл. 1 f A J максимальные отрицательные допуски для лент в 1,5 м указанной марки составляют: при толщине 2 мм допуск 0,21 мм; при толщине 3 мм допуск 0,34 мм и толщине 4 мм допуск 0,36 мм. Поскольку эти допуски не превышают порядка 10-12 %, являются случайными величинами и совпадение максимального отрицательного допуска с коэффициентом надежности материала ленты имеет малую вероятность, а также поскольку в новом СНиП [ 3 ] на проектирование алюминиевых конструкций об учете допусков при расчетах ничего не сказано, то при расчете данного типа силосов предлагается принимать номинальные толщины лент. По соглашению потребителя с изготовителем отрицательные допуски на толщину лент следует стремиться снизить.

3.4.    Цифры в столбце с толщиной t _п ~ t означают, что толщина оболочки силоса данной емкости по высоте меняется до трех раз. Большая толщина относится к нижней зоне оболочки. Высота зон определяется расчетом.

3.5.    Расчетное сопротивление материала АМг2Н1 согласно п. 3.1 [ 3 ] принимается наименьшим из величин б₀₂ /1,1 и б ь /1,6. Для данной марки алюминия наименьшее расчетное сопротивление получается равным R а ^я 210/1,6 * 131,25 МПа, а наибольшее —

Я q ■ 160/1,1 - 145,45 МПа, Данные сооружения относятся ко XL классу по степени ответственности п. 1 ,6 Г 1 /, в соответствии со стр. 34 [ 2 ] коэффициент надежности //7 по назначению может быть принят равным 0,95. В результате расчетное сопротивление /? _а допускается принимать равным

Яа ^{=    =}    153,1 Ml а или

*а =    -    138,16 МПа.

Окончательно в расчетах принято R_a - 140,0 МПа.

10

4. НОРМАТИВНОЕ НАГРУЗКИ И ВОЗДЕЙСТВИЯ, ПРИНИМАЕМЫЕ ПРИ РАСЧЕТЕ СПИРАЛЬно_НАВИВНЫХ силосов

4.1. Основными нагрузками и воздействиями при -нимаются: 1) горизонтальные и вертикальные (за счет трения) от давления зерна с учетом центральной выгрузки силоса; 2) собственный вес конструкции; 3)на-грузка от снега на покрытие; 4) воздействие температуры; 5) нагрузка от термоподвесок; 6) для незапол -немного силоса воздействие от давления ветра. Пере -численные нагрузки, за исключением собственного веса, относятся к временным (длительным, кратковременным)*

4-2. Горизонтальное нормативное давление зерна на стенки тонколистовых силосов для рассматриваемой конструкции с относительно гибким фальцевым ребром принимается согласно п. 4.10 [ 1 J как для листовых силосов без ребер, в виде суммы двух нагрузок.

Равномерно распределенное по периметру стены силоса давление сыпучих материалов Р £ на глубине Z от верха засыпки, определяемое по формуле Янсена п. 4-6 f 1 ]

(см. рис.1,а)

g

= — - для цилиндрической оболочки с радиусом R;

Л = tg ²    ~2~ ) - 0,4059 - коэффициент бокового

давления:

зз    •

i =8 кН/м (800 кг с/м ) - удельный вес зерна;

J- = 0,4 - коэффициент трения зерна о стенку силоса; 25° - угол внутреннего трения.

Кольцевое горизонтальное давление    сыпу    -

чих материалов на стены круговых силосов равномерно распределяется по периметру с высотой зоны коль -

11

цевого давления, равной R /2. Зона может занимать любое положение по высоте оболочки силоса. Поэтому, строго говоря, это давление при расчете следует рассматривать на разных уровнях. В запас прочности, для упрощения расчета, можно принимать его равномерно распределенным по всей высоте. Значение кольцевого горизонтального давления    определяется    форму

лой

4-3. Полное нормативное горизонтальное давление определяется суммированием выражений (1J и (2) с учетом ряда коэффициентов. Значение CL^ определяется согласно п. 4.11, табл.1 [ 1 /. Для удобства приведем и здесь его значения.

Таблица 2

Коэф- фици- ент Н о /2Я ( h0 - высота силоса; 10 5 2.5 1,67 1,25 0,83 0,625 at 1,8 1.5 1.2 0.9 0,7 0.5 о.з

В табл.2 промежуточные значения Ct ₁ вычисляются по линейной интерполяции,

4.4. Нормативное значение вертикального давления сыпучего материала Р ^    ,    передающегося    на едини

цу поверхности стены силоса силами трения, согласно п.4.14 Г \ ] определяется формулой

- fp; (z).    13»

4.5. Полное продольное нормативное усилие от сил трения в соответствии с выражениями (U и (3; на уровне Z от верха засыпки, с учетом верхнего конуса зерна, определяется выражением

При полном эагружении на уровне низа силоса получается выражение

v,    <⁵’

4.6. Согласно п. 5.25 [ ] J в (б) при высоте силоса

h₀ ^<    1,5    Y*    =    1.5Я    ]fS    ,    (7)

где Л = JFR* - площадь поперечного сечения силоса, его стенка должна быть также проверена расчетом на горизонтальное давление как бункера, при этом нормативное давление равно

* ^{= 2}о +■ J *9 ²⁵ ° •    ⁽⁸⁾

Для силоса с размерами, приведенными в табл. 1, выражение (7J принимает значения, данные в табл. 3.

Таблица 3

Тип о раз мерный ряд силосов V, т м К, м 1,5 м 1 250 4 6,5 10,65 2 250 3 11 8 3 600 5 8 13,3 4 1000 6 10 16 5 3000 9 15 24

Таким образом, за исключением силоса N° 2_f для остальных горизонтальное давление должно определяться для наиболее неблагоприятного случая либо по сумме формул (1) и (2), либо согласно (8).

13

Нормативное значение вертикального давления Р у , при расчете силоса как

4.7

сыпучего материала н у , при расчете бункера,определяется выражением (3). Полное продольное нормативное давление от сил трения, в с выражениями (3J и (8J на уровне 2    -j-

от верха засыпки, с учетом верхнего конуса зерна, определяется выражением

соответствии

l_Q + ~т tg 25*

р„ - ii*ii

- 2

(в;

Выражение    Л₁    ⁼ ( 1 “ в * ) при различных

значениях £ ₄* приведено в Приложении 7/57. Наряду с этим, давление зерна на стенки силосов, приведенных в табл. 1₉ в зависимости от диаметра d , их значения на уровне низа каждой обечайки приведены в табл.4 f 6 ]. Значения давлений, определяемые по формулам (1J и (5^ даны при различной величине диаметра оболочки силоса Ы . В последнем столбце табл.4 [ 6 J приведены значения давлений, определяемые по формулам (8) и (9J, как для бункера. Указанные значения давлений в этой таблице приведены без учета отсыпки зерном верхнего конуса.

4*8* Собственный вес д* погонного метра по высоте стенки алюминиевой оболочки шириной в 1 см и толщиной t , при удельном весе алюминиевого сплава    ^в    27    кН/м с учетом веса фальцевого ребра

определяется выражением

If.^f • 7,

1.05

0.495 0,365 '

(10)

где К_л • *= 1,05 - коэффициент, учитывающий дополнительный расход металла (на лестницы и др.}\ Ь - ширина алюминиевой ленты; t₁ - шаг спирали.

Для стального силоса /_с = 78,5 кН/м .

Числовые значения д * в кН/см и (кгс/см) приведены в табл. 4.

И

УДК 624.95:621.642,3.04

Рекомендованы к изданию совместным решением секций Отдела прочности и надежности сооружений и Отдела численных методов и теории сооружений Научно-технического Совета ЦНИИСК им, В.А.Кучеренко,

Рекомендации по расчету силосов спирально-навивного типа/ ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко, ЦНИИПром-зернопроект. - М., 1092. -    |26 с.

Содержатся указания по расчету на прочность и устойчивость алюминиевых спирально-навивных тонколистовых силосов как специфических конструкций, предложенных фирмой Ырр (ФРГ).

Предназначены для инженерно-технических работников проектных, научно-исследовательских и строи-тельно-монтаж ных орг аниз алий.

Обеспечивают прочность, устойчивость и эконо -мичность в эксплуатации.

©

Табл. 26. ил. 31, список лит.: 30 наэв.

ЦНИИСК ям.В.А.Кучерешсо, 1094

ВВЕДЕНИЕ

Предложен новый метод расчета спирально-навивных силосов, содержащий:

-    расчетную схему конструкций силоса как составной системы из коротких цилиндрических оболочек

(обечаек), соединенных фальдевыми ребрами, для которых определяются коэффициенты жесткости в различных направлениях*, при этом математически обоснована замена для расчетов спирально-фальцевого ребра системой параллельных кольцевых фальцевых ребер;

-    метод расчета стенки оболочки силоса на прочность и устойчивость в геометрически нелинейной постановке при действии горизонтальных и вертикальных нагрузок (от зерна, температуры, собственного веса и др.) с учетом начальных погибей стенки в межфальце-вых зонах ;

-    метод расчета пустой оболочки на действие не-осесимметричной (ветровой нагрузки, как конструктивно нелинейной системы из-за различной податливости фальцевых ребер (стыкового соединения^ в зонах продольного сжатия и растяжения оболочки;

-    численный метод расчета оболочки, усиленной в нижней части стойками;

-    методы расчета концентрации напряжений в стенке оболочки над стойками в местах их обрыва и в зоне дверного проема;

-    ссылки на разработанные программы для ЭВМ типа ЕС и позволяющие выбрать типоразмерный ряд оболочек с экономичным распределением металла в конструкции.

Рекомендации разработаны д-ром техн.наук проф. И.Е.Милейковским, кандидатами техн.наук Н.Н,Столыпиным, А.И.Канцыбко, В.Н.Кимом, инж. А.В.Гримайло при участии инженеров Л* Ю.Завьяловой и М.В.Крамарь (ЦНИИСК им. В.А.Кучеренко); канд.техн.наук О.С.Игу-дисманом, инж. В.Д.Кабо (ЦНИИПромэернопроектК

3

Рекомендации были составлены по заданию НПО ВИЛС.

1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

1.1* Настоящие рекомендации распространяются на расчет определенной конструкции силосов, а именно на расчет силосов спирально-навивного типа, именуемых также силосами системы Lipp , по названию фирмы ФРГ, предложившей данную конструкцию, но не разработавшую теоретически обоснованную методику их расчета.

1.2. Рекомендации предназначаются для проекти -рования и массового внедрения спирально-навивных силосов относительно небольших емкостей, изготовляемьк, в основном, из алюминия, которые могут возводиться индустриальным способом в районах непосредственного сбора и хранения зерновых культур.

1.3# Рекомендации разработаны в развитие раздела 5 СНиП 2.10.05-85 С \ ] с учетом СНиП 2.01.07-85 [ 2 J и СНиП 2.03.06-85 /3 ;.

1.4* Определение напряженно-деформированного состояния и критических нагрузок в отношении потери устойчивости тонколистовой стенки силоса излагается по деформированной схеме и с учетом геометрической не -линейности, но в рамках линейной зависимости работы кигериала конструкции. Учет концентрации напряжений, например, в зоне дверного проема, также рассматривается при упругих деформациях. Это позволяет (ограниченно) распространить изложенную методику и на рас -чет стальных спирально-навивных силосов.

1.5.    Предполагается, что до загружения силоса материал конструкции находится в естественном состоянии, т.е. начальные напряжения отсутствуют (учет начальных пластических деформаций и учет возможного появления начальных напряжений в конструкции данного типа требует дополнительных специальных экспе -риментально-теоретических исследований )„

1.6.    Методика проведения расчетов предусматривает применение приближенных способов расчета в форме некоторых рекомендаций и использования вспомогательных таблиц. Более точные методы достигаются с по-

4

мощью разработанных для этой цели алгоритмов и программ для ЭВМ Tima ЕС и Э ВМ.

2. ОПИСАНИЕ КОНСТРУКТИВНОГО РЕШЕНИЯ И ЕГО ОСОБЕННОСТЕЙ, ВЛИЯЮЩИХ НА ВЫБОР РАСЧЕТНЫХ СХЕМ

А-А

2,1. Конструкция спирально-навивного цилиндрического силоса (рис. 1,а) образуется с помощью специального оборудования непрерывной навивкой по спирали алюминиевой ленты шириной порядка 0,5 м и толщиной t = 2, 3 и 4 мм (в зависимости от емкости и габаритов силоса) с образованием фальцево-го ребра замкового типа (рис. 1,6) с шагом витка порядка t₁ =0,36<-0,37 м.

Верх силоса покрывается каркасно-листовой кони -ческой оболочкой шатрового типа с углом наклона образующей порядка 25-35 (близким к углу естественного откоса зернаП Нижнее осно -вание опирается на железобетонный фундамент в дискретном числе мест.

Конструкция опирания позволяет ограниченно расширяться оболочке от действия внутреннего давления зерна. Возможны и иные условия закрепления оболочки силоса на фун -даменте(в том числе заделка и свободное опирание^.

2.2. Выгрузка зерна центральная. Силос с воронкой и соответствующей подсилосной конструкцией при -

5

водит к значительному увеличению расхода материала на тонну хранимого продукта, росту трудозатрат, существенному снижению индустриализации возведения зернохранилища. Кроме того, при выпуске зерна через воронку могут возрасти горизонтальное и полное вертикальное давление на стенку силоса. Поэтому расчет алюминиевых силосов с воронкой и подсилосной конст -рукцией в настоящих Рекомендациях не рассматривает -ся.

2.3.    Конструктивное решение тонколистовой оболочки силосов спирально-навивного типа существенно отличается от других традиционных цилиндрических ребристых оболочек, расчет которых более или менее освещен в литературе.

2.4.    Специфика указанной конструкции силосов,вли-яющая на их напряженно-деформированное состояние, состоит в следующем;

ребра располагаются по спирали, но с весьма малым углом наклона витка ребра, близко к 1 ;

указанные ребра фальцевого типа (рис.1,б) рабо -тают в условиях сложного напряженного состояния, при этом они не только повышают (как обычно) жесткость конструкций оболочки силоса на растяжение и изгиб в окружном направлении, но в то же время снижают (что необычной жесткость цилиндрической оболочки вдоль образующей (т.е. в вертикальном направлении/ за счет наличия закруглений в местах перехода стенки оболочки в сечение ребер и слоистой структуры ребра (рис.1,б/. При этом продольные усилия, возникающие в стенке цилиндрической оболочки, в местах расположения ребра передаются с верхней части на нижнюю эксцентрично, вызывая дополнительную деформацию как в стенке оболочки, так и между слоями фальцевого ребра;

в силу указанных особенностей, жесткость и податливость фальцевого ребра как стыкового элемента фальцевого типа существенно различна при сжатии и растяжении оболочки силоса вдоль образующей, что в ряде случаев внешних воздействий, например, от ветровой нагрузки, требует рассмотрения расчета оболочки как конструктивно-нелинейной системы; в

весьма частый шаг витков спирального ребра и малый угол их наклона позволяет рассматривать его как систему близко расположенных горизонтальных ребер, а напряженное состояние заполненного силоса как осесимметричное (см* п. 6*8 }* При этом образуется частое расположение линий возмущения безмоментного напряженного состояния, поэтому в отличие от обычно излагаемого в технической литературе расчета цилиндрических оболочек на устойчивость, когда докритичес -кое состояние принимается безмоментным, в данной конструкции оно должно рассматриваться моментным даже при воздействии только продольного сжимающего усилия и тем более при одновременном действии продольного и внутреннего давлений, особенно при наличии начальных неправильностей. Для данных конструкций оболочек, образуемых спирально-навивным способом, наиболее вероятными неправильностями при навивке являются погиби межфальцевой зоны в сторону внешней поверхности силоса {искривления стенки между ребра -ми|₍ близкие к осесимметричному виду в кольцевом направлении [ 8 /.

2.5.    Максимальные амплитуды искривлений стенки оболочки W₀ ( max ) между фальцевыми ребрами, возникающие в процессе навивки, следует ограничивать: при образовании погиби наружу величина 9 = И/₀ Сmax)ft*

£1,5-*-2,в случае образования погиби вовнутрь оболочки -

Ь* =• W₀ ( max ) ft * 1-1,5*

2.6.    Для оболочек спирально-навивных силосов при некоторых емкостях, габаритах и начальных неправильностях может оказаться, что их нижняя зона не будет удовлетворять условиям прочности или устойчивости. В этих случаях эту нижнюю часть конструкции придется усилить, например, укрепляя ее изнутри стойками с шагом порядка 0,84-1,5 м. Высота их определяется соответствующим расчетом. Поверх стоек, для снятия концентрации напряжений, в зоне их обрыва, рекомендуется располагать дополнительное кольцо жесткости высотой порядка I/4-1/5 от шага стоек. Установка и крепление стоек увеличивает трудоемкость монтажа конструкции, поэтому для алюминиевых силосов небольшой емкости,

7

за счет снижения начальной погиби стенки до величины г s=s tVq (мах) /t £ 0,5, а также за счет варьиро -вания, в разумных пределах, соотношением диаметра оболочки к высоте желательно добиться удовлетворения условиям прочности и устойчивости конструкции без усиления ее нижней части стойками. Для силосов повышенных емкостей это может оказаться невыполнимым.

3.1. Основные, намечаемые для массового строи -тельства в СНГ    спирально-навивные    сило

са системы Lipp , выполняемые из алюминия, характеризуются емкостями, размерами и свойствами материала, приведенными в табл. 1.

3. ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ТИПОРАЗМЕРОВ СИЛОСОВ В ЗАВИСИМОСТИ ОТ ЕМКОСТИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛА

Относ ите ль яое удлинение £ при 1₀ = 11,3 ут [А] для указанной марки алюминия равно С ъ 9 %. Примерный вид диаграммы работы материала приведен на рис, 2. (Для толщины t - 4 мм, £%).

3.2. Емкости силосов свыше 1000 т рек ом енд уетс я    в ы-

полнять стальными как это, например, приведено в последней графе табл. 1. Возможны силоса и других емкостей не приведенные в табл. 1.

3.3. Приведенная в табл.1 толщина ленты, из которой выполняется оболочка силоса^вляется номинальной. Ленты из алюминия и алюминиевых сплавов для изготовления данных силосов прокатываются шириной 15 м с последующей разрезкой по ширине на 3 части.

8

Таблица 1

Типоразмерный ряд силос ов _____ Ем кость v, т Радиус оболочки силоса R , м Высо та си ло са к м Толщина стенки (ленты) t мм ''н» Марка материала Условный предел текучести МПа 2 (кг/см ^ Временное сопротивлением а МП а 2 (кг/см) Модуль упругости МПа 2) (кг/см Коэффициент П уас- сона * 1 250 4 6,5 4-3-2 160 С1боо; 210 (21001 7«1*1°д (7,1»10°1 0,3 2 250 3 11 4-3-2 X см и г _ _ т г _ 3 600 5 8 4-3-2 Z < И __ _w _ _ ш т 4 1000 6 10 4-3 ¥ _ т W 5 3000 9 15 4-3 Ст.З 210 (21001 - 2,1-Ю5 (2,1*1061 т

GO