Железобетонные бункера
Железобетонные бункера — это саморазгружающиеся емкости для хранения сыпучих материалов с относительно малой по сравнению с размерами в плане а X b с глубиной h. Бункер обычно состоит из воронкообразного днища с углом наклона стен, на 5...10° превышающим угол естественного откоса сыпучего материала (это обеспечивает полную самотечную его разгрузку) и призматической части, предназначенной для увеличения вместимости бункера. Бункера используют для хранения различных сыпучих материалов - цемента, щебня, песка, руды, угля и др. Конструкция, форма и размеры бункеров зависят от многих факторов, и прежде всего от свойства материалов, которые будут в них храниться (плотность, крупность, угол естественного откоса).
Бункера подразделяются на следующие типы: 1) с плоским днищем; они просты по конструкции, однако не обеспечивают полной разгрузки материала; для улучшения разгрузки устраивают набетонку откосов (рис. 12.10, а); 2) с наклонным днищем, с выгрузкой односторонней или двусторонней (рис. 12.10, 6) или с воронкообразным днищем (рис. 12.10, в), 3) ящичного типа с плоским днищем и стальными воронками (рис. 12.10, г); 4) лоткового типа (рис. 12.10, д).
Сборные железобетонные бункера обычно выполняют из плит — плоских или ребристых, с соединением элементов путем сварки закладных деталей, к которым приварена арматура сборных плит. После сварки все швы замоноличивают раствором или бетоном. Течки бункеров выполняют, как правило, металлическими. Типовые размеры предусматривают возможность применения в многоэтажных промышленных зданиях с сеткой колонн 6 х 6 и 6 X 9 м симметричных бункеров с пирамидальной и лотковой нижней частью, а также с плоскими днищем (ящиком). Размеры призматической части бункера и воронки по высоте кратны модулю 1,2 м. Нагрузка от бункера передается на несущий каркас здания. Соединение бункеров с колоннами каркаса может выполняться сваркой закладных деталей или выпусков арматуры, а также с помощью петлевых стыков с последующим замоноличиванием их бетоном класса не ниже В25.
Основные положения расчета бункеров. Стенки бункера испытывают местный изгиб от давления сыпучего материала на данную стенку, а также двухосное растяжение, возникающее в одном направлении от давления содержимого бункера на поперечные стены (горизонтальное растяжение), а в другом — от давления сыпучего материала на днище и веса расположенной ниже части бункера (вертикальное растяжение).
Определение расчетных нагрузок, действующих на стенки бункера, складывается из трех этапов. Первый этап заключается в определении давления сыпучего материала на стенки бункера. Давление на стенки определяется без учета трения сыпучего материала о стенки бункера и считается направленным перпендикулярно плоскости стенки и днища. Величина этого давления зависит от высоты слоя материала, находящегося в бункере выше рассматриваемой точки, его свойств и угла наклона к горизонту плоскости, на которую передается давление.
Расчетное вертикальное давление на горизонтальную плоскость определяют по формуле
Второй этап (рис. 12.11, б) заключается в определении горизонтальных растягивающих усилий, действующих в стенках бункера. Они представляют собой опорные реакции, передающиеся с примыкающих стенок, и определяются из условия равновесия внешних и внутренних сил. В наклонной стенке зависимость от высоты не является линейной, поэтому необходимо найти значение горизонтальных растягивающих усилий в трех-четырех сечениях по высоте наклонной стенки и по этим значениям построить соответствующую эпюру. В вертикальной стенке указанная зависимость является линейной, эпюра горизонтальных растягивающих усилий имеет форму треугольника, и для построения этой эпюры достаточным оказывается найти значения в месте примыкания вертикальной стенки к наклонной.
Третий этап расчета (рис. 12.11, в) состоит в определении растягивающих усилий, действующих в скатном направлении; в частности, для вертикальных стенок, т. е. при угле ската a = 90°, они действуют по вертикали. Эти усилия определяются нагрузкой от веса сыпучего материала и собственного веса стенок. Скатные растягивающие усилия, как и горизонтальные, переменны по высоте бункера. В наклонных стенках зависимость Na от высоты не является линейной, поэтому для построения соответствующей эпюры находят значения Na в трех-четырех сечениях по высоте стенки. В вертикальной стенке указанная зависимость для Nv оказывается линейной; значение Nv на уровне верха бункера равно нулю (при опирании бункера по низу призматической части).
При расчете прочности элементов бункера необходимо проверить стены бункера на разрыв горизонтальными силами (рис. 12.11, г), на отрыв воронки (рис. 12.11, д), а также на местный изгиб из своей плоскости с учетом схемы разрушения согласно рис. 12.11, е.
Расчет стенок бункера на местный изгиб по методу предельного равновесия позволяет более точно оценить несущую способность и часто приводит к значительной экономии материалов по сравнению с расчетом по упругой стадии. Работа прямоугольных плит на изгиб с растяжением, т. е. на внецентренное растяжение, подобна изгибаемым плитам. В частности, они имеют аналогичные схемы разрушения, поэтому расчет внецентренно растянутых стенок призматической части может вестись по тем же принципам, что и расчет изгибаемых плит, опертых по контуру (см. гл. 8). В то же время расчет плит, работающих на внецентренное растяжение, имеет некоторые особенности.
Для внецентренно растянутой плиты это уравнение записывается иначе. Рассмотрим плиту как изгибаемую, на которую действует дополнительная внешняя нагрузка в виде центрально приложенных нормальных сил. Работу этих внешних растягивающих сил нужно будет учесть в левой части уравнения работ. Работа же внутренних сил, определяемая предельными моментами в пластических шарнирах, не изменится.
После расчета стенок бункера на местный изгиб необходимо проверить эти стенки на общий изгиб как коробчатой конструкции. Усилия в стенках бункера от общего изгиба обычно определяются приближенными методами в зависимости от формы бункера, способа опирания и т. п. Этот расчет исходит из схемы разрушения, связанной с появлением нормальных и наклонных трещин в нижней части бункера (рис. 12.11, ж), где по расчету на растяжение и местный изгиб усилия невелики. По найденным усилиям арматура в стенках бункера (вертикальных и наклонных) определяется расчетом на внецентренное растяжение; при этом горизонтальные и вертикальные растягивающие усилия передаются только на арматуру. Схема сборного железобетонного бункера представлена на рис. 12.12, пример армирования сборного бункера из крупных панелей — на рис. 12.13.