Побудова принципів регулювання напружено-деформованим станом стін залізобетонних силосів шляхом направленого формування технологічних впливів. Розробка нових конструктивних рішень щодо ефективності та експлуатаційної надійності нового будівництва.
Аннотация к работе
Відсутність повних даних про фізичну природу явищ, що відбуваються усередині сипучого матеріалу при розвантаженні, стримує розробку нових конструкцій силосів, створення єдиних норм України з їх проектування. Автор був науковим керівником і відповідальним виконавцем базових для підготовки дисертації науково-дослідних робіт, присвячених питанням вивчення закономірностей руху сипучих матеріалів при розвантаженні, їх тиску на стіни, розподілу температури нагріву стін, конструюванню ємкостей. експериментально на моделях і в натурних умовах вивчити особливості переміщення сипучого матеріалу усередині ємкості при розвантаженні і закономірності формування підвищеного тиску на стіни силосів; теоретично оцінити ступінь підвищення горизонтального тиску сипучого матеріалу при розвантаженні, установити характер його зміни по поверхні стін силосів і порівняти з результатами експериментів; Предмет дослідження - технологічні впливи, що визначають формування тиску на стіни силосів, температуру нагрівання стін з позацентровим розвантаженням гарячих сипучих матеріалів при різних режимах експлуатації.До таких впливів у першу чергу відносяться зміни кількісних і якісних характеристик тиску сипучого матеріалу на стіни силосів у залежності від умов і режимів експлуатації (завантаження, розвантаження, проточний режим і ін.), особливості формування підвищених температур нагрівання стін при позацентровому розвантаженні гарячих сипучих матеріалів. За сталою термінологією розрізняють три основні форми витікання сипучого матеріалу при розвантаженні: витікання лійкою з утворенням у масиві сипучого матеріалу трубки потоку над випускним отвором; витікання стовпом (гідравлічне), коли на поверхні засипки не утворюється лійка витікання; змішана форма витікання, при якій відбувається одночасний рух сипучого матеріалу за першою і другою описаними схемами. Так, зокрема, для вивчення закономірності переміщення шарів сипучого матеріалу усередині ємкості при розвантаженні з моделей силосів запропоновано і реалізовано спосіб “заморожування”, що дозволяє фіксувати положення часток сипучого у будь-який момент часу витікання. Описана вище кінематика руху сипучого матеріалу усередині ємкості визначає введення наступних гіпотез і передумов: - сипучий матеріал у зоні дилатансії та в кільцевій області висотою Dz розглядається як такий, що знаходиться в квазірідкому стані; Для остаточних висновків про відповідність запропонованої фізичної моделі витікання і формування тиску сипучого матеріалу на стіни силосів реальним умовам обгрунтована постановка, розроблена методологія і проведені експериментальні дослідження: - на моделях силосів з оргскла з різними сипучими матеріалами (пісок, щебінь, вугілля, керамзит, клінкер); реєструвалися тиски сипучого матеріалу за допомогою тензометрованих месдоз і його переміщення усередині масиву;Запропоновано фізичну модель процесу витікання і формування тиску на стіни силосів при розвантаженні сипучого, що враховує його дилатансію і послідовне протікання стадій несталого і сталого руху всередині ємкостей. Максимальний тиск на стіни виникає в зонах радіального переміщення сипучого матеріалу, розмір зон за висотою знаходиться в межах величини радіуса силосу r. Показано, що сипучий матеріал у цих зонах зі стану твердого тіла переходить у псевдорідкий стан, при якому горизонтальний його тиск на стіни ємкості за величиною наближається до вертикального () і перевищує тиск у стані спокою в 2,25-3,0 рази, що погоджується з експериментами. Стосовно до силосів для гарячих сипучих матеріалів уперше сформульована гіпотеза механічного теплопереносу при багаторазовому контакті зі стінкою ємкості, що приводить до підвищеного в 2-3 рази нагрівання стін, а при проточному режимі температура контакту досягає температури сипучого матеріалу , що завантажується . Розроблено методику розрахунку стін силосів на температурні впливи при позацентровому розвантаженні гарячого сипучого, що враховує введене поняття граничного відносного ексцентриситету позацентрового розташування розвантажувального отвору, співвідношення геометричних розмірів ємкостей і особливості технологічного процесу експлуатації - просте розвантаження чи проточний режим.
План
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
Вывод
1. Світова практика розрахунку і конструювання силосів базується на теорії Янсена для оцінки горизонтального тиску в стадії завантаження ємкостей. Збільшення тиску при розвантаженні оцінюється введенням поправочного коефіцієнта диференційовано для різних зон за висотою, при цьому не враховуються закономірності руху сипучого усередині ємкості в наслідок відсутності достовірних результатів досліджень.
Не має єдиної методики оцінки температурних впливів на стіни силосів, а нагрів стін гарячим сипучим матеріалом при позацентровому розвантаженні взагалі не розглядається через невивченість проблеми. Недостатньо розроблені питання жорсткості стін силосів, їхня просторова робота при оцінці несучої здатності, у тому числі при руйнуванні стін на локальних ділянках, що зявляються під час експлуатації.
2. Запропоновано фізичну модель процесу витікання і формування тиску на стіни силосів при розвантаженні сипучого, що враховує його дилатансію і послідовне протікання стадій несталого і сталого руху всередині ємкостей.
3. Вперше отримано картину переміщення шарів сипучого в процесі розвантаження, при цьому використані розроблені автором спосіб “заморожування” сипучого, процедура та алгоритм його реалізації. У характерних зонах витікання заміряні величини тиску сипучого матеріалу.
4. Експериментально на моделях і в натурних умовах установлено прямий звязок кінетики витікання сипучого з характером і величиною його тиску на стіни ємкості при розвантаженні. Максимальний тиск на стіни виникає в зонах радіального переміщення сипучого матеріалу, розмір зон за висотою знаходиться в межах величини радіуса силосу r.
5. Теоретично обґрунтовано наявність двох стадій витікання, вплив дилатансії, положення зони горизонтального руху сипучого за висотою ємкості, граничні величини тиску сипучого на стіни при розвантаженні. Показано, що сипучий матеріал у цих зонах зі стану твердого тіла переходить у псевдорідкий стан, при якому горизонтальний його тиск на стіни ємкості за величиною наближається до вертикального ( ) і перевищує тиск у стані спокою в 2,25-3,0 рази, що погоджується з експериментами.
6. Експериментально на моделях і на натурних обєктах вивчено характер руху сипучого при позацентровому розвантаженні. Стосовно до силосів для гарячих сипучих матеріалів уперше сформульована гіпотеза механічного теплопереносу при багаторазовому контакті зі стінкою ємкості, що приводить до підвищеного в 2-3 рази нагрівання стін, а при проточному режимі температура контакту досягає температури сипучого матеріалу , що завантажується . Це є джерелом інтенсивного руйнування стін силосів.
7. Розроблено методику розрахунку стін силосів на температурні впливи при позацентровому розвантаженні гарячого сипучого, що враховує введене поняття граничного відносного ексцентриситету позацентрового розташування розвантажувального отвору, співвідношення геометричних розмірів ємкостей і особливості технологічного процесу експлуатації - просте розвантаження чи проточний режим.
8. Виконано аналіз напружено-деформованого стану залізобетонних стін силосів із тріщинами, установлена їх робота на позацентровий розтяг по першому розрахунковому випадку. Наведено залежності для жорсткості стін, враховано тривалий і багаторазово повторний режим навантаження, дані рекомендації з урахування коефіцієнта тривалості.
9. Вирішена осесиметрична задача формування додаткового горизонтального тиску на стіни силосів при добових коливаннях температури зовнішнього повітря. Отримане рішення при спрощуючих допущеннях трансформується у відомі вирази О.Таймера, М.Кельнера та інших авторів.
10. Запропоновано рішення для практичного урахування нелінійного перепаду температури за перерізом стіни силосу, що грунтується на його лінеаризації і досягненні максимального температурного моменту при нестаціонарному теплообміні.
11. Розроблено методику розрахунку нелінійного деформування розтягнутих елементів з урахуванням роботи бетону на ділянках між тріщинами на спадаючій гілці діаграми .
12. Розглянуті й систематизовані характеристики відказів, що визначають надійність силосів. Несуча здатність їхніх стін оцінена стосовно до роботи просторової системи, запропоновані залежності для визначення несучої здатності стін силосів, у тому числі для випадків локального за висотою руйнування у процесі експлуатації. Як критерій необхідності підсилення стін силосів прийнята гранична величина зони обриву кільцевої робочої арматури внутрішнього ряду за висотою ємкості.
13. Розроблено нові конструктивні рішення силосів, що грунтуються на керуванні кінетикою витікання і виключають підвищення тиску на стіни при розвантаженні, а також зростання температури нагрівання стін і їхнє руйнування при позацентровому розвантаженні. Довговічність споруд збільшується у 2 - 3 рази.
14. Для використання у практиці проектування і при реконструкції розроблені методики: розрахунку вузла сполучення сталевої лійки із залізобетонними циліндричними стінами силосів;
розрахунку плоскої системи сполучених оболонок силосів канелюрного типу;
розрахунку стін силосів з радіальними перегородками;
розрахунку міцності бетону захисного шару при температурних впливах і під дією тиску сипучого матеріалу;
по проведенню реконструкції силосів.
15. Результати досліджень включені в рекомендації, впроваджені при проектуванні, у процесі будівництва та реконструкції сховищ силосного типу.
ОСНОВНІ ПОЛОЖЕННЯ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ В ПРАЦЯХ
1. Молодченко Г.А. Надежность сооружений силосного типа. - Харьков: ХОП НТО Стройиндустрии, ХПСНИИП, 1981. - 52 с.
3. Молодченко Г.А., Фомин С.Л., Лучковский И.Я., Тойбис В.Б. и др. Рекомендации по проектированию и усилению железобетонных хранилищ для сыпучих материалов, в том числе с повышенной температурой, применительно к условиям реконструкции. - Харьков: Госстрой СССР, ХПСНИИП, 1984. - 82 с.
4. Кузнецов Ю.Д., Рунцо Н.П., Рабинович Е.А., Молодченко Г.А. и др. Рекомендации по усилению железобетонных конструкций зданий и сооружений реконструируемых предприятий. Ч. 1. Наземные конструкции. - Харьков: Госстрой СССР, ХПСНИИП, НИИЖБ, НИИСП, 1985. - 242 с.
5. Молодченко Г.А., Гринь В.И. Реконструкция и усиление зданий и сооружений: Учебное пособие. - К.: ИСИО, 1993. - 171 с.
6. Повышение качества и долговечности строительных конструкций и материалов / Молодченко Г.А., Рунцо Н.П., Бильченко А.В., Шипель Л.В. и др. / Под ред. С.И.Орбелина и И.Н.Заславского. - К.: Будівельник, 1976. - 104 с.
7. Молодченко Г.А., Заковоротный Ю.Г., Зарудский Г.В. Оценка погрешности датчиков давления при определении контактных напряжений / В кн. ХПСНИИП. Расчет конструкций подземных сооружений. - К.: Будівельник, 1976. - С. 75-77.
8. Молодченко Г.А. Давление зерна на стенки силоса // Исследование напряженного состояния железобетонных силосных сооружений. Вып. 6. - Саратов, СПИ. - 1977. - С. 82-93.
10. Молодченко Г.А. Надежность силосов для сыпучих материалов с повышенной температурой хранения // Исследование напряженного состояния железобетонных силосных сооружений. Межвед. научн. сборник. - Саратов: СПИ, 1982. - С. 28-38.
11. Бильченко А.В., Молодченко Г.А., Шипель Л.В., Рунцо Н.П. Анализ конструктивных решений силосов коксохимического производства // Известия ВУЗОВ. Строительство и архитектура. - 1982. - № 4. - С. 14-18.
12. Молодченко Г., Перцель Ю., Поволоцкая И. Совершенствование проектирования заглубленных емкостных сооружений // Промышленное строительство и инженерные сооружения. - 1984. - № 3. - С. 25-26.
13. Вербицкий Д.Н., Соболев Н.Е., Чикиш В.Г., Молодченко Г.А. Опыт реконструкции силосов горячего клинкера на Балаклейском комбинате // Цемент. - 1985. - № 11. - С. 3-4.
14. Молодченко Г.А., Попельнух В.Н. Учет температурных воздействий в цилиндрических силосах // Известия ВУЗОВ. Строительство и архитектура. - 1991. - № 6. - С. 12-16.
15. Попельнух В.Н., Молодченко Г.А. Особенности эксплуатации и реконструкции силосов // эксплуатация и ремонт систем городского хозяйства. Сб. науч. трудов. - К.: УМК ВО, 1992. - С. 38-44.
16.Заславский И.Н., Молодченко Г.А., Тищенко Б.Т., Учитель А.М. Опыт усиления железобетонной грануляционной башни аммиачной селитры // Промышленное строительство и инженерные сооружения. - 1985. - № 3. - С. 31-33.
17. Молодченко Г.А., Попельнух В.Н. Оценка надежности эксплуатируемых силосов // Эксплуатация и ремонт зданий и сооружений городского хозяйства. Сб. научн. трудов ХИИКС. - К.: ИСИО, 1994. - С. 31-38.
18. Молодченко Г.А., Попельнух В.Н. Особенности нагрева стен цилиндрических оболочек при выгрузке горячего сыпучего // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 13. - К.: Техніка, 1998. - С. 43-46.
19. Molodhenko G.A. Reconstruction of reinforced constrete cyliudrical siloes // Proceedings international congress ICSS-98, v. II. - Moscov, Russia, 1998. - p. 939-945.
20. Молодченко Г.А., Попельнух В.Н. Разрушение защитного слоя бетона в цилиндрических силосах для горячих сыпучих материалов // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 18. - К.: Техніка, 1999. - С. 31-35.
21. Молодченко Г.А. Закономерности нагрева железобетонных стен силосов горячим сыпучим материалом // Вестник Харьковского государственного политехнического университета, вып. 81. Новые решения в современных технологиях. - Харьков: 2000. - С. 68-70.
22. Молодченко Г.А. Расчет сопряженных оболочек силосов каннелюрного типа // Коммунальное хозяйство городов: Сб. науч.-техн. сб. Вып.
19. - К.: Техніка, 1999. - С. 67-70.
23. Молодченко Г.А. Расчет цилиндрических стен силосов с радиальными перегородками // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 20. - К.: Техніка, 1999. - С. 31-37.
24. Молодченко Г.А. Экспериментальные исследования горизонтального давления руды в цилиндрической емкости // Науковий вісник будівництва. Вип. 7. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1999. - С. 91-96.
25. Молодченко Г.А. Влияние конструктивного решения силосов на их эксплуатационную надежность // Науковий вісник будівництва. Вип. 8. - Харків: ХДТУБА, ХОТВ АБУ, 1999. - С. 97-102.
26. Молодченко Г.А., Фомин С.Л. Учет нелинейного перепада температуры по толщине стен железобетонных силосов // Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будови та споруди: Вісник Рівненського держ. ун-ту, Зб. науков. праць. Вип. 3. - Рівне, 1999. - С. 221-226.
27. Молодченко Г.А. Пятибрат С.А. Анализ напряженно-деформированного состояния железобетонных стен силосов // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 21. - К.: Техніка, 2000. - С. 9-14.
28. Молодченко Г.А., Попельнух В.Н., Авдиенко Л.Л. К расчету деформаций железобетонных элементов // Науково-практичні проблеми сучасного залізобетону: Сб. тез. Першої Всеукр. наук.-техн. конф. - К.: 1996. - С. 164-166.
29. Молодченко Г.А. Физическая модель истечения сыпучего и особенности формирования давления на стены силосов // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 23. - К.: Техніка, 2000. - С. 86-95.
30. Молодченко Г.А. Напряженно-деформированное состояние узла сопряжения стальной воронки с железобетонным силосом-оболочкой // Коммунальное хозяйство городов: Науч.-техн. сб. Вып. 22. - К.: Техніка, 2000. - С. 38-41.
31. А.с. 750028. СССР, М Кл3.Е 04G 11/22. Хранилище для сыпучих материалов / Г.А.Молодченко, Г.В.Зарудский (СССР). - № 2634589/29-33; Заявлено 15.06.78; Опубл. 25.07.80, Бюл. 27. - 3 с.
32. А.с. 670713. СССР, М Кл3.Е 04Н 7/22. Хранилище для сыпучих материалов / Г.А.Молодченко, В.В.Кандыба (СССР). - № 22583777/29-33; Заявлено 21.02.78; Опубл. 27.06.79, Бюл. 24. - 3 с.
33. А.с. 842184. СССР, М Кл3.Е 04Н 7/22. Хранилище для сыпучих материалов / Г.А.Молодченко (СССР). - № 2682558/29-33; Заявлено 10.11.78; Опубл. 30.06.81, Бюл. 24. - 3 с.
34. А.с. 941519. СССР, М Кл3.Е 04Н 7/22. Хранилище для сыпучих материалов с боковым выпускным отверстием / Г.А.Молодченко (СССР). - № 2487686/29-33; Заявлено 23.05.77; Опубл. 7.07.82, Бюл. 25. - 3 с.
35. А.с. 941520. СССР, М Кл3.Е 04Н 7/22. Хранилище для сыпучих материалов / Г.А.Молодченко (СССР). - № 2753722/29-33; Заявлено 12.04.79; Опубл. 7.07.82, Бюл. 24. - 3 с.
36. А.с. 800328. СССР, М Кл3.Е 04Н 7/22. Хранилище для сыпучих материалов / Г.А.Молодченко, Е.А.Моденов (СССР). - № 27381446/29-33; Заявлено 19.03.79; Опубл. 31.01.81, Бюл. 4. - 3 с.
37. А.с. 1686102. СССР, М Кл3.Е 04Н 7/22. Способ выпуска сыпучего материала из емкости / Г.А.Молодченко. Ч.С.Довнар, Н.А.Пронякин (СССР). - № 4066325/63; Заявлено 24.03.86; Опубл. 23.10.91, Бюл. 39. - 3 с.