1.KLASYFIKACJA OGÓLNA
1.1 ZASOBNIKI
Zasobniki, zwane także bunkrami lub silosami, są pionowymi zbiornikami służącymi do okresowego przechowywania materiałów sypkich. Zbiorniki te przystosowane są do szybkiego załadunku środków transportowych. Zasobniki napełnia się je od góry, z kolei opróżnia od dołu.
Dzielimy je na silosy i bunkry ze względu na ich kształt: bunkry mają komory niskie (rys. 1a), zakończone od dołu lejem, bądź też cała ich komora jest wykształcona w formie leja (rys. 1b). Natomiast silosy mają komory o kształcie wydłużonym (rys. 1c).
Do kategorii bunkrów zaliczamy zasobniki, których płaszczyzna odłamu składowanego materiału, poprowadzona pod kątem odłamu a z krawędzi przecięcia A leja ze ścianą, przetnie górną powierzchnię składowanego materiału (rys.1a). Przeciwnie silosy, w których płaszczyzna odłamów przetnie przeciwległą ścianę w punkcie C (rys. 1c). W rzeczywistości za bunkier uważa się zasobnik, którego wysokość h nie przekracza półtora krotnej szerokości komory, co oznacza, że h < 1,5 smax.
źródło internet
1.2 BUNKRY
Bunkry są zasobnikami stosowanymi głównie do przechowywania i przeładunku materiałów ciężkich, takich jak rudy oraz kruszywa, a także materiałów, których większa wysokość warstw mogłaby doprowadzić do samozapalenia – węgiel, koks.
Ich komory mają zazwyczaj kształt prostokątów zbliżonych do kwadratów. W bunkrach stalowych można się spotkać z ich okrągłym kształtem. Część pojemnościowa na podporach może mieć różne kształty, takie jak: piramidalne (rys. 2a i 2b), trapezoidalne (rys. 2c), stożkowe (rys. 2d). Nie są to jednak jedyne kształty.
Kształt komór i ich podbudowy maja wpływ na formę załadunku i rozładunku (rys. 3)
Bunkry mogą mieć wyładownice jednostronne, gdy nie można wykonać podjazdów samochodowych lub torów kolejowych. Wyładownice dwustronne stosowane są, kiedy w bunkrze magazynowane są dwa różne materiały. W celu ochrony przed połączeniem stosuje się przeponę rozgraniczającą oba te materiały (rys. 3b). Również bunkry z obustronnym wyładunkiem mogą być stosowane do przeładunku ciężkich materiałów (np. rud), gdyż w takich bunkrach można pod dnem komory dać dodatkową konstrukcję podpierającą, zmniejszając odległości międzypodporowe dna.
Najczęściej stosowane, a także najbardziej ekonomiczne i zajmujące najmniej miejsca są bunkry o rozładunku środkowym. Służą one przede wszystkim do przechowywania i rozładunku węgla (rys. 3c). W przypadku dużych i wymagających pośpiechu przeładunkach wykorzystuje się te o wyładunku mieszanym (środkowe i obustronne)-(rys. 3d)
Oprócz przechowywania węgla w zakładach, bunkry mają zastosowanie z kotłowniach, gdzie odpowiednio przystosowane bezpośrednio podają węgiel do palenisk kotłów parowych.
Głębokość bunkrów jest powiązana z dopuszczalną wysokością składowania poszczególnych materiałów (wymagania ich przechowywania).
Wysokość bunkrów jest uzależniona od głębokości komór i od wymaganego poziomu otworów spustowych (co jest związane z pionowym wymiarem skrajni środków transportowych).
Pojemność komór jest ograniczona, zwykle nie przekracza ona 500t., dlatego celu zwiększenia ich wydajności stosuje się szeregi komór w jednym, dwóch lub kilku rzędach. Ze względu na położenie komór bunkrów względem siebie można je podzielić na:
- podłużny układ, dzięki któremu uzyskuje się największy front wyładunku
-poprzeczny układ, przy którym zwykle wymiar budowli wzdłuż torów odpowiada długości wagonów
-poprzeczno-podłużny układ, spełnia on swoją funkcję przy dużych przeładunkach różnych materiałów, gdzie te same materiały umieszczone są w jednym szeregu (nad jednym torem)
Bunkry można wykonać z żelbetu, stali, drewna i muru. Wybór materiału konstrukcyjnego zależy od takich czynników jak wielkość komory, rodzaj magazynowanego materiału, okres eksploatacji, względy ekonomiczno-gospodarcze, warunki lokalne itp.
Bunkry ze względu na materiał, z którego są wykonane dzielimy na:
-żelbetowe (omawiane w dalszej części)
-stalowe
-drewniane
-murowane
Na materiał konstrukcyjny, z którego są wykonane mają wpływ:
-wielkość komory
-rodzaj przechowywanego materiału
-okres eksploatacji
-warunki lokalne
-warunki atmosferyczne
-warunki ekonomiczno-gospodarcze
Układy komór nad torami:
a) podłużne
b) poprzeczne
c) poprzeczno-podłużne
2.Bunkry żelbetowe
Bunkry żelbetowe od kilkudziesięciu lat są częściej wykorzystywane wśród tego typu konstrukcji, dzięki czemu uzyskały niemal pozycję monopolisty w swojej dziedzinie.
Najbardziej rozpowszechnione są konstrukcje bunkrów (rys. nr 4) składające się z komory o ściankach pionowych, gdzie przechowywany jest materiał sypki, z dna komory, nadbudówki, a także słupów nośnych, które przekazują obciążenie całości bunkra na fundament. Można także spotkać się z bunkrami, które mają wyłącznie komory o ścianach skośnych.
W miejscu przecięcia się ścian komory bunkra stawia się słupy podpierające, których swobodna wysokość nie powinna przekraczać 20-krotności mniejszego boku ich przekroju poprzecznego.
Rozstaw podpór w bunkrach przyjmuje się zwykle 6 - 7,5 m, choć w szczególnych przypadkach można spotkać większe rozstawy, nawet 12-15m.
Wysokość konstrukcyjna wolnostojących kolejowych bunkrów załadowczych wynosi ok.15m., a nadbudówki usytuowanej bezpośrednio na konstrukcji średnio 6m.,zależy to od rodzaju obudowy.
Najmniejsza grubość ścian i dna, jaką należy przyjąć to 12 cm., a najlepiej za dolną granicę przyjąć 15cm. Zbrojonymi żebrami wzmacniającymi obudowuje się otwory wyładowcze. Zbrojenie należy przyjąć tak, aby wyrównać osłabienie płyty otworem.
Zbrojenie bunkrów żelbetowych przyjmuje się według obliczeń, ale należy uzupełnić je zbrojeniem konstrukcyjnym. Ważna aby zwrócić uwagę na lej podwieszony do ścian komory, a którego zakotwienie minimalne w ścianach jest równe 60 średnic.
Minimalne pochylenie dna bunkra musi zapewnić grawitacyjny zsuw składowanego materiału. Wymagane nachylenie określa kąt stoku naturalnego materiału zwiększony o 5°. To minimalne nachylenie musi być zabezpieczone na każdej linii zsuwu materiału po powierzchni dna, a więc miarodajnym będzie najmniejsze nachylenie krawędzi przecięcia ścian leja, w którym zatrzymanie materiału mogłoby zahamować opróżnienie bunkra.
Aby zabezpieczyć dno bunkra przed przedwczesnym ścieraniem należy od wewnątrz „wyścielić” zbrojenie dodatkową, grubszą warstwą betonu otulającego, wygładza się dno klinkierem, stosuje się gładź cementową utwierdzoną, a czasami nawet zbrojoną, można także zastosować blachę ochronną itp.
Niektóre bunkry ze względu na wpływ oddziaływań termicznych należy obudować cegłą, wtedy z żelbetowych ścian bunkra trzeba wypuścić cienkie pręty (Æ 5 mm). Pręty te po zatopieniu w spoinach muru mają za zadanie ochronę przed wpływami dynamicznymi.
Przeważnie słupy podtrzymujące bunkry posadowiane są na stopach fundamentowych, są jednak przypadki, że taka stopa musiałaby mieć tak duże rozmiary , że korzystniejsze jest zaprojektowanie podłużnej żelbetowej ławy fundamentowej (dzieje się tak np. w przypadku małej wytrzymałości gruntu i znacznych obciążeniach). Trzeba pamiętać, że niebezpieczne jest jednak stosowanie poprzecznych ław fundamentowych
przy bunkrach kolejowych ze względu na obciążenie jej taborem kolejowym.
Nadbudówkę bunkrów wykonuje się z żelbetowej konstrukcji szkieletowej, wypełnionej murem. Żebrowana płyta żelbetowa służy do pokrycia bunkrów i nadbudówki.
Ściany pionowe, oparte w narożach na słupach stanowią zasadniczą konstrukcję nośną komory bunkra. Ściany te pracują:
- w płaszczyźnie pionowej- od obciążenia składowanym materiałem, od ciężaru własnego i od ciężaru podwieszonego leja
- w płaszczyźnie poziomej- od bocznego parcia materiału wypełniającego bunkier; pod wpływem parcia poziomego na daną ścianę, ulega ona zginaniu i równocześnie osiowemu rozciąganiu, wywołanemu przez reakcje przyległych ścian bocznych, na które również działa poziome parcie materiału.
3. OBCIĄŻENIA:
Obciążenia konstrukcji lub ich części można – ze względu na czas ich trwania i sposób działania – podzielić na stałe, zmienne i wyjątkowe (akcydentalne).
Do obciążeń stałych należy ciężar własny stałych elementów i konstrukcji, w tym elementów nośnych i osłonowych, oraz ciężar własny gruntu w stanie rodzimym, nasypów i zasypów, i parcie z niego wynikające, a także siły sprężające konstrukcję.
Obciążenia zmienne dzieli się na technologiczne i środowiskowe (zależne od środowiska, w którym obiekt się znajduje). Mogą one być w całości długotrwałe, w części długotrwałe (np. obciążenia konstrukcji przechowywanym materiałem) lub w całości krótkotrwałe (np. obciążenia śniegiem lub wiatrem).
Do obciążeń wyjątkowych należą m.in. obciążenia sejsmiczne, obciążenia spowodowane huraganowym wiatrem itp.
Obciążenia dzieli się też na statyczne i dynamiczne. Wartość obciążenia dynamicznego określa się mnożąc obciążenie statyczne przez współczynnik dynamiczny, którego wartość jest podawana w normach (np. PN-82/B-02003 i PN-82/B-02004).
Podczas projektowania należy ustalać obciążenia występujące w stadium eksploatacji i montażu, a w niezbędnych wypadkach także w stadium wykonywania, przechowywania (składowania) i transportu elementów konstrukcyjnych.
W obliczeniach ustrojów konstrukcyjnych i ich elementów bierze się pod uwagę charakterystyczną lub obliczeniową wartość obciążenia.
Wartość charakterystyczną obciążenia (zwana też normową) przyjmuje się według odpowiednich norm, a przede wszystkim: PN-82/B-02001 (obciążenia stałe), PN-82/B-02003 (obciążenia zmienne technologiczne i montażowe), PN-80/B-02010 (obciążenie śniegiem) i PN-86/M-06514 (obciążenie wiatrem- obciążenie wiatrem należy ustalać przy założeniu, że wiatr wieje z kierunku dającego najbardziej niekorzystne obciążenie leja lub jego części. Przyjmuje się, że obciążenie wiatrem jest skierowane prostopadle do powierzchni poszczególnych elementów leja i że jest na tej powierzchni równomiernie rozłożone).
Wartości obliczeniowe obciążenia ustala się mnożąc jego wartości charakterystyczne przez współczynniki obciążenia (częściowe współczynniki bezpieczeństwa) – według zależności:
F d = F k ·γ f ,
w której: F d – wartość obliczeniowa obciążenia,
F k – wartość charakterystyczna obciążenia,
γ f – współczynnik obciążenia; wartość tego współczynnika w odniesieniu do wybranych obciążeń stałych i zmiennych
Obciążenia podaje się najczęściej w kiloniutonach (siły skupionej), kiloniutonach na metr (obciążenie na jednostkę długości), kiloniutonach na metr kwadratowy (obciążenie na jednostkę powierzchni).
4. OBLICZENIE BUNKRA
3.1 Zasady ogólne
Do obliczeń stosujemy metody przybliżone, gdyż nie mamy praktycznych metod dokładnych uwzględniający przestrzenny charakter konstrukcji bunkra. Metody przybliżone zależne są od kształtu bunkra i stosunku długości boków jego ścian.
Znaczna część zasobników monolitycznych i niektóre z rodzajów zasobników prefabrykowanych pracuje jako układy przestrzenne. Jest tak zarówno w przypadku monolitycznego współdziałania części lejowej z komorą, a także, gdy elementy te pracują jako układy przestrzenne oddzielone od siebie.
Gdy z elementów prefabrykowanych (belkowych, czy płytowych) wykonane są zasadnicze części konstrukcji zasobników, takie jak ściany pionowe komór, czy ściany lejów odziaływujące na siebie, lecz nie współpracujące ze sobą, to praca takich elementów nie odbiega od typowych układów płytowo-żebrowych.
Określenie pracy zasobnika złożonego ze współpracujących ze sobą płyt jest dość trudne, dlatego stosuje się metodę przybliżoną, która ma na celu traktowanie elementów jako niezależnych, następnie na określeniu ich wzajemnego oddziałowywania, a następnie na wyznaczeniu ich pracy pod wpływem tego działania. W tej metodzie wyłącza się wpływ słupów podpierających konstrukcję, ponieważ ich sztywność jest wielokrotnie mniejsza od sztywności komór wraz z lejami. Wyjątkiem jest działanie wiatru, gdzie w górnej części uwzględnia się współdziałanie wraz ze słupami.
Od rodzaju układu przestrzennego bunkrów prefabrykowanych zależy sposób ich obliczenia. Układ ten rozdzielamy na trzy rodzaje: panwiowo-ryglowy, przestrzenny, częściowo przestrzenny.
Wymiary bunkrów zależne są od względów technologicznych (rodzaju, ilości składowanego materiału, roli i miejsca zasobnika w układzie technologicznym, zakładu, sposobu napełniania i opróżniania komór, a także stosowanych środków transportowych itd.). Dzięki tym cechom określamy kształt, liczbę i układ komór, a także rodzaj konstrukcji.
3.2 Tok obliczeń bunkra
Obliczanie części składowych bunkra i zespołu jako całości można wykonywać następująco:
¨ określenie geometrycznych wymiarów bunkra i jego środka ciężkości po napełnieniu,
¨ wyznaczenie obciążeń bunkra,
¨ obliczenie sił rozciągających składowe elementy bunkra,
¨ obliczenie występujących w poszczególnych elementach bunkra momentów zginających wywołanych miejscowym zginaniem,
¨ obliczenie sił wynikających z monolitycznego połączenia poszczególnych elementów składowych i ich pracy jako układu przestrzennego.
Według określonych momentów i sił rozciągających oblicza się potrzebne zbrojenie pionowe i poziome ścian bunkra. Przykładowe zbrojenie ścian pionowych i leja pokazano na rys. nr 7.
Ściany podłużne bunkrów, mających kilka komór, należy obliczać jako belki ciągłe, uwzględniając możliwe schematy obciążeń zmiennych, wynikających z niejednoczesnego zapełnienia poszczególnych komór.
Ze względu na znaczną sztywność całego bunkra, można jego słupy pośrednie obliczać jako osiowo ściskane, zmniejszając naprężenia dopuszczalne o 20%. Natomiast słupy skrajne; w kierunku podłużnym bunkra, wymiaruje się na ściskanie mimośrodowe, znajdując momenty z układu ramowego konstrukcji.
Pręty rozciągane spełniają rolę wieszaków i muszą być zakotwione należycie na minimum 60 średnic długości Według określonych momentów i sił rozciągających oblicza się potrzebne zbrojenie pionowe i poziome ścian bunkra. Szczegółowe wytyczne do obliczeń zawarte są wyspecjalizowanych książkach.
źródło Internet
3.3 OBLICZENIA
Gdy stosunek stosunek s/h <2, ściany oblicza się jako płyty pracujące dwukierunkowo. Oparcie dla płyt stanowi z wierzchu strop nad bunkrem, a z dołu- ścianki podwieszonego leja, a z boku ścianki boczne. W takim schemacie przyjmuje się zwykle utwierdzenie płyt na obwodzie, jedynie górną krawędź traktuje się obliczeniowo jako wolnopodpartą.
Gdy stosunek stosunek s/h>2, to ściany pionowe bunkra rozpatruje się jako poziomą ramę zamkniętą, zginaną pod dzialaniem parcia bocznego materiału. W płaszczyźnie pionowej ściana jest zginana oraz rozciągana ciężarem własnym i siłami wywołanymi podwieszeniem leja.
Lej sklada się zwykle ze ścian trapezowych i może być rozpatrywany, jak poprzednio ściany:
-jako oddzielne płyty zamocowane na obwodzie
-jako zamknięta rama w płaszczyźnie poziomej. W takim przypadku płyty trapezowe (i ew. trójkątne) sprowadza się do zastępczych ścian prostokątnych.
Jeśli bunkier składa się z kilku komór prostokątnych, to jego ściany można liczyć bądź jako zamknięte ramy, bądź też jako wieloprzęsłowe belki, znajdujące się pod działaniem sił poziomych. Największe momenty przęsłowe otrzymuje się przy obciążeniu komór w szachownicę.
Z uwagi na stosunkowo niewielką wysokość składowanego materiału, przy obliczaniu parcia bocznego na ściany bunkrów pomijamy tarcie materiału o ściany komór i leja. Opierając się na teorii parcia ziemi, wielkość ciśnienia pionowego phz w dowolnym punkcie wewnątrz bunkra będzie zależała od wysokości warstwy materiału hz nad tym punktem i od ciężaru objętościowego materiału Ỵ
phz= hz*Ỵ
Ciśnienie poziome w tym punkcie psz jest proporcjonalne do pionowego i wynosi
Rozkład obciążęń na ścianach bunkra jest pokazany poniżej, gdzie widać , że na każdą ścianę bunkra działają trzy siły, wywołane ciężarem Ph i parciem poziomym PS.
Są to:
Pn- siła normalna do ścianki, wywołująca jej zginanie
Pt- siła rozciągająca działająca wzdłuż ścianki
P’t- siła rozciągająca w kierunku szerokości ścianki, wywołana oddziaływaniem ścian przyległych
Rozkład sił działających na ścianę bunkra „Elementy budownictwa przemysłowego” Leon Kral
W celu uproszczenia obliczeń pochyłych ścianek leja przyjmuje się średnie ciśnienie i równomiernie rozłożone jak pokazano na rys. a
rys. a Obciążenie bunkra wywołane parciem materiału na ścianę trapezową AA1BB1„Elementy budownictwa przemysłowego” Leon Kral
Ph- całkowite parcie pionowe na ściankę trapezową leja
Ps- całkowite parcie poziome na ściankę trapezową leja
Pn, Pt., P’t1- średnie ciśnienia dla ścianki pochyłej trapezowej leja ABB1A1, przechodzącej górą w ściankę BCC1B1.
Gdy komorę bunkra tworzy sam lej bez ścian pionowych, to w wyżej podanych wzorach należy przyjąć h2=...
horcio