EN сталь / TKP EN 1993-4-1-2009

ТКП EN 1993-4-1-2009

Примечание 2 — Требование об удержании округлости на верхней границе цилиндра касается только невысоких цилиндров выше переходного кольца, поскольку более высокие цилиндры обеспечивают достаточное сопротивлению этому типу потери устойчивости и сами сохраняют свою круглую форму без дополнительного усиления.

(7) Предельное состояние потери устойчивости соединения при боковом выпучивании должно проверяться с помощью выражения:

8.4.2 Кольцевая балка переходного соединения

(1)Если расчеты бункера производились с помощью компьютерного анализа, должны применяться процедуры, предусмотренные стандартом EN 1993-1-6. Если компьютерный анализ не включает исследования на предмет потери устойчивости, для определения сопротивления потере устойчивости с целью верификации предельных состояний согласно стандарту EN 1993-1-6 может применяться раздел 8.3.

(2)Если бункер опирается на обособленные опоры так, что переходное соединение выполняет функции кольцевой балки по отношению к мембранным напряжениям в окружном направлении, которые изменяются в поперечном сечении и по периметру окружности, такие изменения должны быть учтены в процессе верификации предельных состояний. Если расчеты производились в соответствии

сп. 8.2, следует провести верификацию следующих предельных состояний.

(3)При расчете предельного состояние пластичности соединения должно применяться оценоч-

ное значение напряжения σmθ,Ed из п. 8.2.3 (8). Оно подлежит верификации с помощью выражения:

(4) При расчете предельного состояния потери устойчивости соединения в одной плоскости должно применяться оценочное значение напряжения σcθ,Ed из п. 8.2.3 (9). Оно подлежит верификации с помощью выражения:

(5) Верификацию предельного состояния при потере устойчивости в одной плоскости можно не проводить, если будут удовлетворены оба из следующих двух условий:

—неполный угол конуса β больше чем βlim, и над кольцом расположен цилиндр;

—при высоте цилиндра L меньшей чем , верхняя граница цилиндра удерживается

от отклонений от округлости кольцом, имеющим изгибную жесткость EIz вокруг своей вертикальной оси (изгибание в окружном направлении) выше чем:

где t — толщина самого тонкого пояса в цилиндре; L — высота стенки оболочки над кольцом.

Примечание 1 — Значения βlim, kL и kR могут быть заданы в национальном приложении. Рекомендуются зна-

чения = 10 и kR = 0,04.

Примечание 2 — Требование об удержании округлости на верхней границе цилиндра касается только невысоких цилиндров выше переходного кольца, поскольку более высокие цилиндры обеспечивают достаточное сопротивлению этому типу потери устойчивости и сами сохраняют свою круглую форму без дополнительного усиления.

176

ТКП EN 1993-4-1-2009

(6) Предельное состояние потери устойчивости соединения при боковом выпучивании должно применяться оценочное значение напряжения σcθ,Ed из п. 8.2.3 (9). Оно подлежит верификации с помощью выражения:

8.5 Рассмотрение схем расположения опорных элементов сочленения

8.5.1 Соединения, поддерживаемые юбкой

(1) Если бункер опирается на юбку, которая доходит до однородного фундамента (см. п. 5.4.2), можно считать, что переходное соединение несет нагрузки, вызванные только мембранными напряжениями в окружном направлении.

(2) Юбка подлежит проверке на предмет сопротивления потере устойчивости при осевом сжатии с учетом влияния отверстий в юбке.

8.5.2 Соединения и кольцевые балки, поддерживаемые опорными стойками

(1)Если бункер опирается на обособленные опоры или стойки, а кольцевая балка переходного соединения применяется для распределения нагрузок с опор на оболочку, переходное соединение

икольцевая балка должны удовлетворять условиям, указанным в п.п. 8.2.3 и 8.4.2.

(2)Если кольцевая балка переходного соединения формируется путем скрепления болтами верхней и нижней половин, каждая из которых крепится к разным сегментам оболочки, размер болтов должен быть подобран так, чтобы они выдержали передачу всей расчетной нагрузки, действующей в окружном направлении, которую несет верхний кольцевой сегмент. При этом необходимо должным образом учесть воздействие изгибающих сил на кольцо.

8.5.3 Опорное кольцо в основании бункера

(1)Бункер, который имеет постоянные опоры на уровне земли, должен быть оснащен опорным кольцом в основании и деталями для анкерного устройства.

(2)Интервал по периметру окружности между анкерными болтами или другими точками крепле-

ния анкеров не должен превышать где t — это локальная толщина листа оболочки.

(3) Опорное кольцо в основании бункера должно иметь изгибную жесткость EIz вокруг вертикальной оси (чтобы противостоять продольному изгибу в окружном направлении) больше минимального значения EIz,min, представленного следующим выражением:

где t принимается за толщину стенки пояса, смежного с опорным кольцом основания.

Примечание — Значение k может быть задано в национальном приложении. Рекомендуется значение k = 0,10.

9 Проектирование прямоугольных бункеров с плоскими боковыми стенками

9.1 Основа

(1)Прямоугольный бункер должен проектироваться или как короб с усилением, который испытывает преимущественно изгибное напряжение, или как тонкая мембранная конструкция, которая испытывает преимущественно мембранные напряжения, возникающие в результате сильных деформаций.

(2)Если короб рассчитан на воздействия изгиба, соединения должны проектироваться так, чтобы прочность соединения, предполагавшаяся во время проведения анализа напряжений, была достигнута в процессе эксплуатации.

9.2 Классификация конструкционных форм

9.2.1 Бункеры без усиления

(1) Конструкция, изготовленная из плоских стальных листов, без прикрепленных к ним ребер жесткости, должна называться коробом без усиления.

177

ТКП EN 1993-4-1-2009

(2) Конструкция, усиленная только вдоль соединений между листами, которые лежат в разных плоскостях, также должна называться коробом без усиления.

9.2.2 Бункеры с усилением

(1)Конструкция, изготовленная из плоских листов, к которым прикреплены ребра жесткости

впределах площади листа, должна называться усиленным коробом. Ребра жесткости могут быть периферическими, вертикальными или ортогональными (ориентированными в двух направлениях под прямым углом).

(Деталь 1)

Вертикальное сечение

(Деталь 2)

Рисунок 9.1 — Горизонтальная проекция прямоугольного короба со стяжками

9.2.3 Бункеры со стяжками

(1) Бункеры со стяжками могут быть квадратными или прямоугольными.

Примечание — Некоторые типичные конструктивные элементы для 3-х-панельного квадратного (однокамерного) бункера показаны на рисунках 9.1, 9.2 и 9.3.

(Деталь 2)

(Деталь 1)

Рисунок 9.2 — Типичные детали соединений на стяжках

9.3Сопротивление вертикальных стенок без усиления

(1)Сопротивление вертикальных стенок должно оцениваться в соответствии с EN 1993-1-7. В качестве альтернативы можно считать, что требованиям этого стандарта удовлетворяют положения, содержащиеся в п. 9.4.

(2)Расчет сопротивления вертикальных стенок должен выполняться с учетом мембранного воздействия и изгиба листов.

(3)Воздействия на лист, не имеющий усиления, можно разделить на следующие категории:

—изгиб листа в двух измерениях под воздействием хранящегося материала;

—появление напряжений в результате воздействия мембраны;

—локальный изгиб под воздействием хранящегося материала и/или оборудования.

178

ТКП EN 1993-4-1-2009

9.4 Сопротивление стенок бункера из гофрированных листов с усилением

9.4.1 Общие положения

(1)Сопротивление элементов вертикальных стенок, не имеющих усиления, должно определяться

всоответствии с положениями, изложенными в п. 9.4. Расчет сопротивления должен выполняться с учетом мембранного воздействия и изгиба листов.

(2)Проект предусматривает применение листов с горизонтальным гофром с целью:

—сопротивления общему воздействию изгиба вследствие давления хранящегося материала;

—сопротивления напряжениям, появившимся в результате воздействия мембраны;

—сопротивления локальному изгибу из-за хранящегося материала и/или оборудования.

(3)Эффективные свойства изгиба и сопротивление изгибу листов, имеющих усиление, выводятся в соответствии с положениями стандарта EN 1993-1-3 о трапецеидальном представлении обшивки

спромежуточными ребрами жесткости.

(4)Проект ребер жесткости выполняется в соответствии с порядком проектирования элементов конструкций, изложенным в стандартах EN 1993-1-1 и EN 1993-1-3, с учетом совместимости ребер жесткости с элементами стенки, эффекта эксцентриситета оболочки относительно осей ребер жесткости, изгибной целостности стеновых элементов и пересечений горизонтальных и вертикальных ребер жесткости. Возникающие в ребрах жесткости напряжения, которые ориентированы перпендикулярно продольной оси и пересекают конструктивно неразрывные элементы стенки, должны приниматься в расчет дополнительно при проектировании отдельных элементов.

(5)Передача нагрузки от вертикальных ребер жесткости к граничным элементам основания конструкции должна быть рассчитана в отношении каждого конкретного элемента и с учетом сопротивления данного фундамента.

(6)Значения жесткости на сдвиг и сопротивление выводятся по результатам испытаний или соответствующих теоретических выкладок.

(7)Если не имеется более точной методики, сопротивление продольному изгибу можно исчислить в соответствии с п. 5.3.4.6, рассматривая радиус оболочки как бесконечную величину.

(8)Если проводить испытания, соответствующее значение жесткости на сдвиг можно принять за секущее значение, достигнутое при 2/3 временного сопротивления срезу; см. рисунок 9.4.

Вертикальный

разрез

Рисунок 9.3 — Типичное сечение гофрированной стенки прямоугольного бункера в вертикальной плоскости

179

ТКП EN 1993-4-1-2009

Эффективная жесткость на сдвиг

Рисунок 9.4 — Реакция гофрированной стенки на сдвиг

9.4.2 Сопротивление общему изгибу в результате прямого воздействия хранящегося материала

(1)Изгибание по горизонтали следует рассматривать как результат воздействия давления в горизонтальной плоскости или воздействия давления в горизонтальной плоскости в сочетании с трением о стенку бункера.

(2)Расчет изгиба под воздействием только давления по горизонтали, должен основываться на эффективных свойствах, представленных в стандарте EN 1993-1-3.

(3)Расчет изгиба, возникающего под воздействием давления по горизонтали в сочетании с трением о стенку бункера, может основываться на концепции, представленной на рисунке 9.5, где сечение стенки между точкой A и точкой B рассматривается как поперечное сечение изгиба под воздействием комбинированного давления pg. Напряжение, возникающее в этот момент, должно сочетаться

стем, которое возникает под воздействием осевой силы, создаваемой под давлением хранящегося материала на соседние перпендикулярные стенки (см. п. 9.4.3).

Примечание — Это установившийся и общепризнанный способ расчета. Однако следует отметить, что при этом игнорируется постоянное напряжение между смежными стеновыми панелями.

Комбинированное давление рg перпендикулярно плоскости АВ

Рисунок 9.5 — Изгиб в результате сочетания давления по горизонтали с трением о стенки бункера (вертикальный разрез)

180

ТКП EN 1993-4-1-2009

воздействие мембраны на эти стенки

воздействие

ветра

давление хранящегося материала

Рисунок 9.6 — Мембранные силы, возникающие в стенках под давлением твердых материалов или ветровой нагрузки

9.4.3 Напряжения в оболочке под воздействием мембраны

(1)Напряжение появляется в результате давления хранящегося материала и/или давления ветра перпендикулярно соседним стенкам; см. рисунок 9.6.

(2)Согласно упрощенному правилу давление хранящегося материала может быть принято за нормальное давление (при этом трение о стенку игнорируется).

(3)Прямое и касательное напряжения под воздействием ветра можно определить также ручным счетом или расчетом методом конечных элементов.

9.4.4 Локальное изгибное воздействие хранящегося материала и/или оборудования

(1) Необходимо учитывать вероятность отрицательного воздействия локального изгиба на любой конструктивный элемент в результате давления хранящегося материала.

Примечание — В ситуации, представленной на рисунке 9.7, проверка конструктивного элемента CD показала, что он может находиться в критическом состоянии.

Комбинированное давление рg перпендикулярно плоскости CD

Рисунок 9.7 — Возможные локальные изгибные воздействия

181

ТКП EN 1993-4-1-2009

9.5 Бункеры с внутренними стяжками

9.5.1 Силы, действующие во внутренних стяжках вследствие оказываемого на них давления твердых материалов

(1)Необходимо учитывать силу, с которой хранящийся материал воздействует на стяжку.

(2)Если не выполнять более точные расчеты, сила, с которой хранящийся сыпучий материал qt воздействует на единицу длины стяжки, может быть приблизительно выражена как:

при

,

(9.2)

где pv — вертикальное давление хранящегося материала на уровне стяжки; b — максимальная ширина стяжки по горизонтали;

Ct — кратность увеличения нагрузки;

Cs — аэродинамический коэффициент поперечного сечения стяжки; kL — коэффициент состояния загрузки;

β— фактор местоположения стяжки, который зависит от положения стяжки в камере бункера (см. рисунки 9.8 и 9.9).

(3)Аэродинамический коэффициент Cs принимается за:

Примечание — Значения Csc и Css могут быть заданы в национальном приложении. Рекомендуются значе-

ния Csc = 1,0 и Css = 1,2.

(4) Коэффициент состояния загрузки kL принимается за:

Примечание — Значения kLf и kLe могут быть заданы в национальном приложении. Рекомендуются значения kLf = 4,0 и kLe = 2,0.

Рисунок 9.8 — Расчет коэффициента β для внутренних стяжек

9.5.2 Моделирование стяжек

(1)Стяжки классифицируются в зависимости от основного способа удержания нагрузки. Стяжка относится к кабельному типу, если она имеет пренебрежимо малую изгибную жесткость. Стяжка относится к стержневому типу, если она имеет осевую жесткость и значительную изгибную жесткость. Расчет стяжки должен соответствовать конструктивному сечению стяжки.

(2)Если стяжка относится к стержневому типу, необходимо учитывать моменты изгиба наряду

сосевым растяжением.

(3)Чтобы определить силу N (а в стержневых стяжках — моменты M) в стяжке следует применить геометрически нелинейная систему вычислений. Эта методика расчета должна учитывать реальные граничные состояния и жесткость стенки бункера (рисунок 9.10).

182

ТКП EN 1993-4-1-2009

(4)Расчетные значения осевого растяжения N и момента M принимаются как значения в точках соединения стяжки со стенкой бункера.

(5)Исходный прогиб стяжки должен быть согласован с проектной организацией и/или изготовителем. Кабельные стяжки (имеющие пренебрежимо малую изгибную жесткость) должны иметь исходный прогиб не более ksL, где L — это длина стяжки.

Примечание 1 — Значение ks может быть задано в национальном приложении. Рекомендуется значение ks = 0,01.

Примечание 2 — В прошлом в расчетах зачастую применялось значение прогиба равное 0,02L. Меньшее значение, рекомендуемое здесь, необходимо для того, чтобы установить зависимость между давлением и индуцированными силами, которая близка к линейной в интервале рабочего диапазона.

(6) При расчете деталей оснастки для стяжек необходимо учитывать как вертикальные, так и горизонтальные составляющие растяжения стяжки в точке крепления стяжки.

Рисунок 9.9 — Угловые стяжки, для которых β = 0,7

Рисунок 9.10 — Развертывание силы в стяжке

9.5.3 Примеры расчета нагрузок на стяжки

(1)При расчете нагрузок на стяжку должны учитываться:

— воздействие хранящегося материала;

— силы, передаваемые стяжкам в результате деформации стенок под воздействием других нагрузок.

(2)Два примера нагрузки для проверки расчета сил крепления и моментов в стяжке:

a)пример нагрузки 1: значения qt и N рассчитываются согласно п.п. 9.5.1 и 9.5.2.

b)пример нагрузки 2: возросшее значение поперечной нагрузки 1,2qt и уменьшенное значение растяжения стяжки 0,7N, где qt и N рассчитаны согласно п.п. 9.5.1 и 9.5.2.

9.6 Прочность пирамидальных бункеров

(1)Пирамидальные бункеры (рисунок 9.12) должны рассматриваться как коробчатые конструкции

всоответствии с требованиями стандарта EN 1993-1-7. Можно считать, что этим требованиям удовлетворяют положения п.п. 9.3 и 9.4 в отношении стенок бункера, а также следующие методы приближенных вычислений.

(2)Моменты изгибания и мембранные силы можно определить с помощью числовых методов

всоответствии со стандартами EN 1993-1-6 и EN 1993-1-7. В качестве альтернативы изгибающие моменты в трапециевидных листах хоппера можно рассчитать с помощью следующих отношений приближения.

(3)На листе хоппера ABCD начертим равносторонний треугольник ABE, имеющий площадь A, а радиус равновеликого по площади круга определим с помощью выражения:

183

ТКП EN 1993-4-1-2009

,

(9.3)

где a — длина верхнего края листа по горизонтали; см. рисунок 9.11.

Рисунок 9.11 — Простая модель изгиба трапециевидных листов

(4) опорный изгибающий момент M0 определяется с помощью выражения:

где pn — среднее давление перпендикулярно трапециевидному листу.

(5) Если края трапециевидного листа можно рассматривать как свободно опертые, расчетное значение изгибающего момента можно принять за:

(6) Если края трапециевидного листа можно рассматривать как закрепленные, изгибающий момент в середине листа Ms,Ed и изгибающий момент на кромке Me,Ed можно принять за:

Рисунок 9.12 — Асимметричный хоппер с наклонными ребрами жесткости

9.7 Вертикальные ребра жесткости на коробчатых стенках

(1) Проект вертикальных ребер жесткости на стенках короба должен предусматривать:

—постоянные воздействия;

—давление сыпучих твердых материалов перпендикулярно стенке;

184

ТКП EN 1993-4-1-2009

—воздействие силы трения на стенку;

—переменное воздействие крыши бункера;

—осевые силы, возникающие в результате мембранного воздействия на стенки.

(2) Эксцентриситетом сил трения относительно листа и геометрической оси ребер жесткости можно пренебречь.

9.8 Эксплуатационная пригодность предельных состояний

9.8.1 Основа

(1)Эксплуатационные характеристики предельных состояний стенок прямоугольного бункера должны рассчитываться как:

— деформации или отклонения, которые отрицательно влияют на эффективность применения конструкции;

— деформации, отклонения, вибрация и колебания, которые повреждают как несущие, так и ненесущие элементы конструкции.

(2)Деформации, отклонения и вибрации должны быть ограничены значениями, отвечающими указанным выше критериям.

(3)Конкретные предельные значения, отвечающие определенной области применения, должны быть согласованы между проектной организацией, заказчиком и соответствующим надзорным органом с учетом области применения и природы хранящихся твердых материалов.

9.8.2 Отклонения

(1) Предельное значение общего бокового прогиба должно быть принято за наименьшее из:

где H — высота конструкции, измеренная от фундамента до крыши; t — толщина самого тонкого листа стенки.

Примечание — Значения k1 и k2 могут быть заданы в национальном приложении. Рекомендуются значения k1 = 0,02 и k2 = 10.

(2) Максимальное отклонение δmax в пределах сечения панели относительно ее краев должно быть ограничено значением:

где L — размер более короткой стороны прямоугольного листа.

Примечание — Значение k3 может быть задано в национальном приложении. Рекомендуется значение k3 = 0,05.

185