CC BY
54
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
УДК 624.954.014.2-417.2
В. В. КАЧУРЕНКО1*, Д. О. БАНН1КОВ2*
1 Каф. «Будавельт конструкци», Днтропетровський нацюнальний утверситет зал1зничного транспорту iMeHi академжа В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (097) 532 54 46, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0001-7383-205X
2*Каф. «Будавельт конструкци», Днiпропетровський нацiональний утверситет залiзничного транспорту iменi академiка В. Лазаряна, вул. Лазаряна, 2, Дншропетровськ, Украша, 49010, тел. +38 (063) 400 43 07, ел. пошта [email protected], ORCID 0000-0002-9019-9679
КОНСТРУКЦ1Я РАЦЮНАЛЬНОГО СТАЛЕВОГО ГОФРОВАНОГО ПРОФ1ЛЮ
Мета. У робот проводиться виклад результатiв пошуку нових, бiльш економiчних конструктивних pi-шень металевих силосiв, а саме: аналiз iснуючих типiв поперечного пеpеpiзу пpофiлiв сталево1' стшки такого силосу та розроблення менш матеpiалоeмного пеpеpiзу гофрованого пpофiлю. Методика. Для досягнення поставлено1 мети дослiдженi iснуючi типи профшв eмнiсних констpукцiй та ïx напружено-деформований стан при дiï навантаження. Аналiз виконувався за результатами обчислювальних експеpиментiв. Об'ектом для дослiдження були математичнi комп'ютеpнi моделi. Розрахунки проведено з використанням методу сш-нчених елементiв. Для обчислювального експерименту був використаний проектно-обчислювальний комплекс Structure CAD для Windows. Результати. У робот були отримаш данi, що дозволяють оцiнити роботу пpофiлiв та знайти бiльш ефективний тип поперечного пеpеpiзу з точки зору його матеpiалоeмностi. У про-цесi спшьного дослвдження авторами був розроблений новий тип пpофiлю для eмнiсниx конструкцш, що мае бiльш високу ефектившсть використання та вузол кpiплення окремих сталевих листiв iз даним типом профшю. Обидва piшення пpостi в монтаж^ надiйнi в експлуатацiï та можуть бути виготовленi в умовах су-часного промислового виробництва з використанням стандартного обладнання, матеpiалiв i комплектуючих. Наукова новизна. Авторами запропонований новий тип поперечного пеpеpiзу профшю гофра для сталевих стшок силосних споруд, який мае пвдвищену несучу здатшсть i жорстк1сть та надае можливiсть зменшити товщину металу, не змiнюючи при цьому несучу спроможнють конструкци, чим знижуе матеpiаломiсткiсть всiеï конструкци. Для цього та подiбниx типiв пpофiлiв сконструйований та запропонований ваpiант вузло-вого кpiплення окремих гофрованих листiв на болтах iз подовжуючим фланцем, який дае можливють влаш-тування з'еднання при невеликих pозмipаx xвилi гофра, де недостатньо ввдсташ для pозмiщення шапки болта мiж окремими гофрами. Практична значимкть. Застосування запропонованих piшень дозволяе тдви-щити економiчнiсть, теxнологiчнiсть та ремонтопридатшсть конструкци стiнок сталевих силоав. Отpиманi в дослвдженнях результати сввдчать про пеpспективнiсть подальшого розвитку науково-дослщних pобiт iз пошуку нових, бшьш економiчниx piшень сталево1' гофpованоï стшки для силосних споруд, а також iншиx способiв зменшення матеpiалоемностi конструкцш для збер^ання сипучих матеpiалiв.
Ключовi слова: силос; емшсна споруда; стшка силосу; гофрований пpофiль; економiчнiсть; новий тип профшю; вузол кршлення
Вступ
У найбшьш широкому i загальному визна-чент емност1, призначет для збер1гання i пе-ревантаження р1зних сипучих матер1атв, нази-ваються силосами i бункерами. Бункери та си-лоси мають давню юторда застосування. Архе-олопчт розкопки i древш тексти свщчать, що прототипи сучасних силос1в використовувались в Древнш Грецп ще наприкшщ 8-го стол1ття до нашо1' ери [15]. Звюно вони кардинально вщр1з-нялись вщ емностей сьогодення, проте цей приклад свщчить, що ще в стародавносл люди
переймалися такою проблемою, як збер1гання сипучих матер1атв. Актуальне це питання i сьогодш.
Буд1вництво силос1в i бункер1в, яким вони е зараз, почалося у Х1Х стол1тп одночасно з розвитком прничорудно1' промисловосп. З часом найбшьш широке застосування цей вид конструкцш знайшов у сшьському господарст-в1, де з року в р1к необидно збер1гати тисяч1 тонн зернових матер1атв [17]. Прогрес не стоить на мющ. За остант 20 роюв вигляд емностей для збер1гання набув найр1зномаштшших
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
форм i може бути виконаний з найрiзномашт-нiших матерiалiв - вiд класичних силосiв iз за-лiзобетону до рукавiв з полiмерних матерiалiв [12]. Проте на сьогодш лiдируючi позици в украшськш агропромисловостi займають саме сталевi цилшдричш силоси.
Повноправними системами для збер^ання зернових культур стали силоси саме зi стале-вими гофрованими стшками [11, 13]. Для бшь-шо! стiйкостi вiд ди навантаження вщ сипучого матерiалу для таких стшок використовують спецiальнi зносостiйкi сталi [1]. Де-факто су-часним стандартом для корпушв унiверсальних металевих вентильованих силошв зазвичай е хвилястi панелi [16]. Така форма профшю ви-тримуе дуже великi навантаження, якi виника-ють пiд час експлуатаци силошв i передаються на вертикальнi стшки (ребра жорсткостi), без додаткового потовщення стiнки i зайво! витра-ти металу. В Укра1ш панелi з хвилястого профшю використовуються для будiвництва металевих силосiв порiвняно недавно. Вiдсутнiсть повнощнно1 нормативно! бази та шформацп, пов'язано! з особливостями виготовлення, про-ектування та експлуатаци таких сховищ - основна причина ускладнень, пов'язаних з впрова-дженням металевих зерносховищ, адже досвщу роботи з ними у фахiвцiв Украши практично не було.
Мета
Загальними критерiями щодо зберiгання зерна е високотехнолопчнють, надiйнiсть ^ зви-чайно, економiчна вигiднiсть як для виробника, так i для споживача. Метою ще1 роботи е по-шук нових, бiльш економiчних конструктивних рiшень металевих силосiв, а саме сталево! гоф-ровано! стшки такого силосу, оскшьки вона порiвняно з плоскою стiнкою мае бшьшу мщ-нiсть на розрив i вигин. В цей час юнуе надзви-чайно велике рiзноманiття поперечного перерь зу профiлю гофра [14] для стшки силоав, одним з яких е хвилястий профшь, що використо-вуеться для будiвництва силосiв порiвняно недавно i запозичений нашими пiдприемствами iз зарубiжного досвщу. Проте дослiдження щодо економiчностi за рахунок зменшення матер> алоемносп таких профiлiв активно не викону-вались. Тому основну увагу авторiв привернув аналiз iснуючих профiлiв та пошук нового,
менш матерiалоeмного nepepi3y гофрованого профiлю, який би дозволив при зменшенш то-вщини витримувати tî ж навантаження, що i його аналоги i при цьому задовольняти вимо-ги мщносп та жорсткостi.
Методика
Дослщження виконувались за допомогою математичного моделювання [3]. Логiчнiсть i формалiзованнiсть комп'ютерних моделей дозволяють визначити основнi фактори, що впливають на властивостi дослщжуваного об'eкта-оригiналy, зокрема дослiдити вiдгyк модельовано! фiзичноï системи на змiни ïï па-раметрiв i початкових умов. Розрахунки вико-нано з використанням методу сюнченних еле-ментiв. Для обчислювального експерименту був використаний проектно-обчислювальний комплекс Structure CAD для Windows (SCAD) [4], реалiзований як штегрована система мщш-сного аналiзy та проектування констрyкцiй на основi методу скiнченних елементiв (МСЕ), який дозволяе визначити напружено-деформований стан конструкцш вiд статичних i динамiчних впливiв, а також виконати низку функцш проектування елементiв конструкцш.
Комп'ютерне моделювання полягало в про-веденнi серiï обчислювальних експериментiв, метою яких був аналiз, iнтерпретацiя i зютав-лення резyльтатiв моделювання з реальною по-ведiнкою дослiджyваного об'екта, подальше уточнення моделi. У процес дослiдження по-будовано просторовi геометричш моделi. За-стосовyванi експериментальнi комп'ютерш мо-делi вiдповiдають вимогам, що висуваються до створення моделi в МСЕ, а саме: за необхщною густотою сггки скiнченних елементiв (СЕ) [2], типом та розмiром СЕ, способом розмщення СЕ та ï^ орiентацiï по вiдношенню до потоюв основних напружень.
Варто зауважити, що дослiджyванi об'екти моделювались у виглядi цилiндричного кшьця з гофрованими стiнками, на як передаеться навантаження вiд сипучого матерiалy - зерна. Бiльш детально вигляд розрахункових моделей та опис обчислювального експерименту наведено в попередшх роботах авторiв [9, 10]. Bti розрахунки були виконанi зпдно з вимогами чинних нормативних документа [5, 6] та проведет для восьми рiзних титв профшв гофра,
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
перер1з яких зображено на рис. 1. Для !х пор1в-няльного анал1зу профш були з однаковою ви-сотою гофра (44 мм), довжиною хвил1 (138 мм) i товщиною листа (1 мм). Для кожного типу профшю був проаналiзований напружено-деформований стан при ди навантаження. Ве-личини навантаження визначалися вщповщно до ДБН [5] за виразом (1):
pn _УР Ph _ f
f
1 - e
-W \
(1)
де у - питома вага зерна; p - гiдравлiчний ра-дiус поперечного перерiзу силосу, м, р _ A/U, (A, U - площа i периметр поперечного перер> зу силосу вщповщно); f - коефiцieнт тертя зерна по металу.
Рiвномiрно розподiлений по периметру гори-зонтальний тиск сипучих матерiалiв (кгс/м2) на стiни силосiв визначаеться на глибиш Z (м) вiд верху насипу.
При цьому нехтувати тертям матерiалу по сть нцi неприпустимо, оскшьки це призводить до значних помилок. Внаслiдок тертя засипки об стшки вертикальнi i горизонтальнi тиски зроста-ють непропорцiйно по висотк по мiрi збiльшення глибини прирют тиску зменшуеться. При цьому передбачаеться, що вщношення горизонтального тиску до вертикального - величина постшна.
Таким чином, горизонтальний тиск на спну силосу залежить вiд зовнiшнього кута тертя зерна об стiну, щшьносп продукту, дiаметра i висоти силосу.
Експериментальш дослiдження виконували-ся для декшькох комбiнацiй висоти та дiаметра силосу.
Слiд звернути увагу, що останнш тип про-фiлю (рис. 1, е) е авторським ршенням, варiант якого виник пiсля аналiзу роботи всiх попере-днiх поперечних перерiзiв профiлiв.
a - a 6 - b e - c г - d v - e d - f e - g e - h
PHC. 1. ,3,ocmg®yBaHi ranu ro^poBaHHx npo^MB:
a - kophthhh; 6 - kophthhh 3 nigcmeHHM roprooHTantHH pe6poM; e - kophthhh 3 nigcmeHHM BepTHKantHHM pe6poM; г - xbhmcthh; v - KBagpaTHHH; d - KBagpaTHHH 3 nigcmeHHM BepTHKantHHM pe6poM; e - megoBHH; e - hobhh
Fig. 1. Research types of corrugated profiles:
a - channel; b - channel with an enhanced horizontal edge; c - channel with an enhanced vertical edge; d - corrugated; e - quadrate; f - quadrate with 3 an enhanced vertical edge; g - shed; h - new
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
Результати
Для кожного з вищенаведених титв проф> лiв були обчислеш основнi геометричнi характеристики, що вiдiграють найбiльшу роль при робот емшсних конструкцiй пiд навантажен-ням - площа поперечного перерiзу А i момент опору в горизонтальному напрямку Ж. Розгля-далася одна хвиля гофра.
Також був додатково обчислений параметр р = Ж/Л, що характеризуе ефективнiсть ви-користання профiлю. Отриманi результати наведено в табл. 1 в порядку збшьшення коефщ> ента ефективносп.
Таблиця 1
Геометричнi характеристики гофрованих профи, ив
Table 1
Geometrical characteristics of corrugated profiles
№ п/п Тип профшю 'SL & 2! к , й < t? о Й Момент опору, W, см3 ft 1 1 Я g g ет о & е
1 1,666 1,502 0,902
2 J—L 2,342 2,260 0,965
3 1,892 2,108 1,114
4 _РЛ_ 2,360 2,725 1,155
5 J L 2,260 2,764 1,223
6 УЛ. 1,992 2,570 1,290
7 1,892 2,619 1,384
8 2,342 3,705 1,582
З табл. 1 видно, що з ус1х дослщжуваних профшв мшмальну площу перер1зу мае хвиля-стий профшь № 1, проте найбшьше значення мшмального моменту опору мае новий тип профшю № 8. Найпршим за цим показником виявився хвилястий профшь № 1. Про це саме свщчить i параметр р, який характеризуе вщ-ношення мiнiмального моменту опору до площi
перерiзу гофра. Якщо порiвняти мiж собою цi два типи профшв, то виходить, що за геомет-ричними характеристиками новий тип перева-жае хвилястий профiль на 75 %.
У процес спшьно1 роботи авторiв був роз-роблений новий тип профшю для емшсних конструкцш, що мае бшьш високу ефектившсть використання (в табл. 1 профшь № 8). Вш до-зволяе забезпечувати необхщну мiцнiсть з ме-ншою товщиною металу порiвняно з традицш-ними хвилястим i коритним профшями, якi за-звичай застосовуються в силосних емностях.
Такий профшь, що мютить систему викона-них по площi листа гофрiв, мае прямокутний 1х перерiз по всш довжинi сталевого листа i вщр> зняеться вiд найбiльш близького квадратного профшю (№ 5) тим, що посилюеться вигином одше1 з полиць у виглядi двосхилого даху. Ви-конання вигину подiбноl форми забезпечуе конструкцп пiдвищену несучу здатнiсть i жорс-ткiсть.
На рис. 2, наведеному нижче, видно, що ко-жен гофр такого профiлю складаеться з систе-ми пластин, в яких паралельно осi х-х розташо-ванi пластини позици 1 в однш площинi. У перпендикулярному напрямку вщ пластин 1 роз-мiщуються пластини 2 i 5. Пластини 2 i 5 з'еднуються мiж собою пластинами 3 i 4, якi розмiщуються з нахилом вщносно осi х-х в дзе-ркальнiй орiентацil одна до одно! i утворюють перерiз, подiбний до абрису двоскатного даху будинку. Кут нахилу пластин 3 i 4 однаковий i може вардаватися залежно вiд параметрiв пе-редбачуваного сипучого матерiалу i сфери його використання.
Звичайно, порiвняно з коритним профiлем матерiаломiсткiсть окремого гофра дещо збi-льшуеться, але з урахуванням того, що новий профшь дае можливiсть зменшити товщину самого металу, не змшюючи при цьому несучу здатшсть конструкций матерiаломiсткiсть вие1 конструкцп в загальному зменшуеться.
Профшьований лист простий в монтажi, на-дiйний в експлуатацп i може бути виготовле-ний в умовах сучасного промислового вироб-ництва з використанням стандартного облад-нання, матерiалiв i комплектуючих.
Наука та прогрес транспорту. Вюник Дншропетровського нацiонального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
Рис. 2. Загальний вигляд поперечного nepepi3y конструкцп профiлю тдвищено1 жоpсткостi
Fig. 2. General view of the structural cross section of a profile with high rigidity
К^м того, порiвнюючи цей тип профшю з подiбними йому квадратним № 5 i шедовим № 2 (див. табл. 1) можна говорити про техноло-пчш переваги нового профiлю. Оскльки кут перегину листа металу при виготовленш змен-шуеться, то це позитивно впливае на здатнiсть матерiалу не утворювати трiщини.
Авторами подана патентна заявка [7] на го-фрований профшь нового типу i в цей час ве-деться оформлення авторських прав.
При використанш гофрованого профшю нового типу окремим питанням стала можливiсть забезпечення надiйного стикового вузла крш-лення листов мiж собою. Основна складнють при цьому полягала в тому, що стандартний типовий вузол для подiбних конструкцш не може бути використаний, оскшьки в цьому випадку не ви-стачае достатньо1 вщсташ для розмiщення шапки болта мiж окремими гофрами.
Ймовiрним ршенням у цьому випадку може бути запропонований нижче на рис. 3 варiант, який покращуе технологiчнiсть збiрки i тдви-щуе ремонтопридатнiсть конструкцп вузла i споруди в цшому.
Особливiсть цього вузла полягае в тому, що для забезпечення надйно1 роботи з'еднання i ко-ректно1 передачi зусиль на листи використову-еться болт спшьно з подовжуючим фланцем, який дае можливiсть розташувати шапку болта на по-трiбнiй вiдстанi вiд гофра листа для того, щоб уникнути зминання i при цьому передати стягу-юче зусилля на елементи, що с^плюються.
Рис. 3. Загальний вигляд стикового ^плення гофрованих листiв
Fig. 3. General view of the butt fastening of corrugated sheets
Детально конструкщя вузла наведена на рис. 4.
Рис. 4. Стиковий вузол кршлення гофрованого профшю нового типу
Fig. 4. Mount pickup fitting of a corrugated profile of a new type
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
Вузол складаеться iз стшово1 гофровано1 панелi 1, вертикально1 стшки 2, болта 3, мета-левих шайб 4 i 7, подовжуючого фланця 5, гайки 6, ущшьнюючо1 шайби 8, пружно1 прокладки iз полiмерного матерiалу 9.
З'еднання виконуеться таким чином. Стiновi панелi 1, виконанi iз профшьованих сталевих листiв, крiпляться до вертикальное' стiйки 2 за допомогою болта 3 з нанесеною рiзьбою на одному кшщ стержня для подальшого затягуван-ня шестигранною гайкою 6. Попередньо болт 3 вставляеться у подовжуючий фланець 5 для того, щоб була можливють вiдвести шапку болта разом iз шайбою 4 на потрiбну для крiплення вiдстань. Металевi шайби 4 i 7 тдкладають пiд гайку i головку болта для створення бшьшо1 площi опорно1 поверхнi, запобiгання самовщ-гвинчування кршильно1 деталi. Збiльшення площi притиску дозволяе застосувати бшьше зусилля затяжки, оберпае поверхню елементiв, що скрiплюються, вщ пошкоджень, збiльшуе ступiнь ущiльнення з'еднання з прокладкою 8. Для герметичносп з'еднання використовуеться прокладка 8, виконана iз полiмерного матерiалу, та ущшьнююча шайба 9 на металевiй основа В результатi при затягуваннi болив 3 гайкою 6 утворюеться щшьне болтове з'еднання, яке при-датне для застосовування у випадку, коли головка болта 3 не може розташовуватися безпосе-редньо мiж хвилями гофра.
Таким чином досягаеться можливiсть улаш-тування болтових з'еднань при невеликих роз-мiрах хвилi гофра, виключення протiкання води в болтових з'еднаннях у процесi експлуатацп i шдвищення надiйностi i герметичностi таких з'еднань. Крiм цього покращуеться технолопч-шсть збiрки i пiдвищуеться ремонтопридатшсть конструкцп.
Це рiшення також патентуеться авторами [8], i може з устхом застосовуватися в практи-щ для проектування i будiвництва бшьш еко-номiчних i менш матерiалоемних конструкцiй для сипучих матерiалiв.
Наукова новизна та практична значимкть
Запропоновано новий тип поперечного пе-рерiзу профiлю гофра для сталевих стшок си-лосних споруд, який мае тдвищену несучу зда-тнiсть i жорсткiсть та дае можливiсть зменшити
товщину металу, не змшюючи при цьому несучу спроможшсть конструкций чим знижуе ма-терiаломiсткiсть вие1 конструкцп.
Для цього та подiбних типiв профiлiв сконс-труйовано та запропоновано варiант вузлового кршлення окремих гофрованих листiв на болтах з подовжуючим фланцем, який дае можли-вють влаштування з'еднання при невеликих розмiрах хвилi гофра, де недостатньо вщсташ для розмiщення шапки болта мiж окремими гофрами.
Обидва ршення простi в монтажi, надiйнi в експлуатацп i можуть бути виготовлеш в умо-вах сучасного промислового виробництва з ви-користанням стандартного обладнання, матер> алiв i комплектуючих. Крiм цього при 1'х засто-суванш збiльшуеться економiчна вигiднiсть, покращуеться технолопчшсть збiрки i пiдви-щуеться ремонтопридатшсть конструкцй.
Висновки
На пiдставi виконаних дослщжень можна зробити такi висновки:
1. Застосування запропонованих рiшень дозволяе шдвищити економiчнiсть, технологiч-нiсть та ремонтопридатшсть конструкцп стшок сталевих силошв.
2. Отримаш в дослiдженнях результати свщчать про перспективнiсть подальшого роз-витку науково-дослiдних робiт з пошуку нових, бiльш економiчних рiшень сталево1 гофровано1 стiнки для силосних споруд, а також шших способiв зменшення матерiалоемностi констру-кцiй для зберпання сипучих матерiалiв.
СПИСОК ВИКОРИСТАННИХ ДЖЕРЕЛ
1. Акимов, И. В. Повышение износостойкости графитизированной стали / И. В. Акимов // Наука та прогрес трансп. Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. - 2013. - № 6 (48). -С. 81-87. ао1: 10.15802Мр2013/19678.
2. Банников, Д. О. Корректировка результатов расчета напряжений по МКЭ методом Ж8 / Д. О. Банников, А. Э. Гуслистая // Вюн. Дншропетр. нац. ун-ту зал1зн. трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Дншропетровськ, 2011. - Вип. 38. - С. 134-141.
3. Босов, А. А. Математичне моделювання пла-нування експерименпв / А. А. Босов, В. В. Ар-темчук // Вюн. Дшпропетр. нац. ун-ту зал1зн.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
трансп. 1м. акад. В. Лазаряна. - Дшпропет-ровськ, 2008. - Вип. 25. - С. 118-121.
4. Вычислительный комплекс / В. С. Карпиловс-кий, Э. З. Криксунов, А. А. Маляренко [и др.]. - Москва : СКАД СОФТ, 2007. - 590 с.
5. ДБН В.2.2-8-98. Шдприемства, 6уд1вл1 1 спору-ди по збертанню та переробщ зерна. - На замшу СНиП 2.10.05-85. : введ. 1998-01-07. -Кшв : Держбуд Украши, 1998. - 39 с.
6. ДБН В.2.6-163:2010. Сталев1 конструкций Нор-ми проектування, виготовлення 1 монтажу. -На замшу СНиП 11-23-81* : введ. 2011-01-12. -Кшв : М1нрепонбуд Украши, 2011. - 202 с.
7. Заявка на винахщ в Укрпатент «Сталевий лис-товий гофрований профшь». - № а 2015 03703 вад 20.04.2015 р. - 1 с.
8. Заявка на корисну модель в Укрпатент «Болто-ве з'еднання з подовжуючим фланцем». - № и 2015 04467 вад 20.04.2015 р. - 1 с.
9. Качуренко, В. В. Ефективний гофрований профшь для сталевих емностей / В. В. Качуренко, Д. О. Баншков // Буд1в. вир-во. - 2014. -№ 56. - С. 56-60.
10. Качуренко, В. В. Особливосп моделювання тиску сипучого матер1алу на гофроваш сталев1 елементи / В. В. Качуренко, Д. О. Баншков // Ресурсоекономш матер1али, конструкцп, будь
В. В. КАЧУРЕНКО1*, Д. О. БАННИКОВ2*
вл1 та споруди : зб. наук. пр. - Р1вне, 2014. -Вип. 28. - С. 367-376.
11. Куприевич, А. Б. Про отечественные металлические силосы. Особенности проектирования и строительства / А. Б. Куприевич // Зерно. -2011. - № 10. - С. 121-126.
12. Шкорупеев, Д. Г. Как в Украине локализируется заграничное зернохранение / Д. Г. Шкорупеев // Зерно. - 2012. - № 5. - С. 184-187.
13. Antonowicza, R. Analysis of loads and structural capacity of steel silo with corrugated wall for pelleted material / R. Antonowicza, C. Bywalskia, M. Kaminskia // J. of Civil Engineering and Management. - 2014. - Vol. 20. - Iss. 3. - P. 372379. doi: 10.3846/13923730.2014.906497.
14. Brodka, J. Blachy faldowe w budownictwie stalowym / J. Brodka, R. Garncarek, K. Mi-laczewski. - Warszawa : Arcady, 1984. - 152 p.
15. Buxton, D. R. Silage science and technology / D. R. Buxton, R. E. Muck, J. H. Harrison. -Madison, Wisconsin, USA, 2003. - 897 р.
16. Nemeth, C. Silo with a Corrugated Sheet Wall / C. Nemeth, J. Brodniansky // Slovak J. of Civil Engineering. - 2013. - Vol. 21. - Iss. 3. - P. 19-30. doi: 10.2478/sjce-2013-0013.
17. Sloane, E. An age of barns / E. Sloane. - New York : Funk, 2001. - 351 p.
1 Каф. «Строительные конструкции», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (097) 532 54 46, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0001-7383-205X
2*Каф. «Строительные конструкции», Днепропетровский национальный университет железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна, ул. Лазаряна, 2, Днепропетровск, Украина, 49010, тел. +38 (063) 400 43 07, эл. почта [email protected], ORCID 0000-0002-9019-9679
КОНСТРУКЦИЯ РАЦИОНАЛЬНОГО СТАЛЬНОГО ГОФРИРОВАННОГО ПРОФИЛЯ
Цель. В работе проводится изложение результатов поиска новых, более экономичных конструктивных решений металлических силосов, а именно: анализ существующих типов поперечного сечения профилей стальной стенки такого силоса и разработки менее материалоемкого сечения гофрированного профиля. Методика. Для достижения поставленной цели исследованы существующие типы профилей емкостных конструкций и их напряженно-деформированное состояние при воздействии нагрузки. Анализ выполнялся по результатам вычислительных экспериментов. Объектом для исследования были математические компьютерные модели. Расчеты проведены с использованием метода конечных элементов. Для вычислительного эксперимента был использован проектно-вычислительный комплекс Structure CAD для Windows. Результаты. В работе были получены данные, позволяющие оценить работу профилей и найти более эффективный тип поперечного сечения с точки зрения его материалоемкости. В процессе совместного исследования авторами был разработан новый тип профиля для емкостных конструкций, который имеет более высокую эффективность использования и узел крепления отдельных стальных листов с данным типом профиля. Оба решения просты в монтаже, надежны в эксплуатации и могут быть изготовлены в условиях современного промышленного производства с использованием стандартного оборудования, стандартных материалов и комплектующих. Научная новизна. Предложен новый тип поперечного сечения профиля
гофра для стальных стенок силосных сооружений, который имеет повышенную несущую способность и жесткость и позволяет уменьшить толщину металла, не изменяя при этом несущую способность конструкции, чем уменьшает материалоемкость всей конструкции. Для этого и подобных типов профилей сконструирован и предложен вариант узлового крепления отдельных гофрированных листов на болтах с удлиняющим фланцем, который дает возможность устройства соединения при небольших размерах волны гофра, где мало расстояния для размещения шапки болта между отдельными гофрами. Практическая значимость. Применение предложенных решений позволяет повысить экономичность, технологичность и ремонтопригодность конструкции стенок стальных силосов. Полученные в исследованиях результаты свидетельствуют о перспективности дальнейшего развития научно-исследовательских работ по поиску новых, более экономичных решений стальной гофрированной стенки для силосных сооружений, а также других способов уменьшения материалоемкости конструкций для сохранения сыпучих материалов.
Ключевые слова: силос; емкостное сооружение; стенка силоса; гофрированный профиль; экономичность; новый тип профиля; узел крепления
V. V. KACHURENKO1*, D. O. BANNIKOV2*
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету залiзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
1 Dep. «Building Structures», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (097) 532 54 46, e-mail [email protected], ORCID 0000-0001-7383-205X
2*Dep. «Building Structures», Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan, Lazaryan St., 2, Dnipropetrovsk, Ukraine, 49010, tel. +38 (063) 400 43 07, e-mail [email protected], ORCID 0000-0002-9019-9679
RATIONAL STEEL CORRUGATED PROFILE DESIGN
Purpose. The work sets forth the search results of new, more efficient design solutions for metal silos, namely, the analysis of existing types of profiles cross-section in a steel wall of such silo and development of less materialintensive section of corrugated profile. Methodology. To achieve the set goal there were researched the existing types of capacitive structure profiles and their strain-stress state under the load. The analysis was performed on the results of computational experiments. The prototype object was mathematical computer models. The calculations were made using the finite-element method. For computational experiment there was used the design-computing system Structure CAD for Windows. Findings. In this work there were obtained the data allowing to assess work of the profiles and to find more effective type of cross-section in terms of its material consumption. In the process of joint study of the authors a new type of profile for capacitive structures was developed; it has higher utilization efficiency and the attachment point of individual steel sheets with this type of profile. Both solutions are easy to install, reliable in operation and can be manufactured in the conditions of modern industrial production using standard equipment, materials and components. Originality. A new type of corrugated profile cross-section for steel silo walls was proposed; it has higher load carrying capacity and rigidity and allows reducing the metal thickness without changing the structure carrying capacity that results in material consumption reduction of the whole structure. For this and similar types of profiles there was designed and proposed the attachment point of individual corrugated sheets screwed with extending flange, which enables the unit connection in case of small size corrugations, where the distance is not sufficient to accommodate the bolt cap between the individual corrugations. Practical value. Application of the proposed solutions can increase efficiency, manufacturability and maintainability of steel silo wall structures. The results obtained during the research show promise for further development of research on finding new and more economic solutions for corrugated steel silo wall design, as well as other ways to reduce material consumption of bulk material storage structures.
Keywords: silo; capacitive structure; silo wall; corrugated profile; efficiency; a new type of profile; attachment point
REFERENCES
1. Akimov I.V. Povysheniye iznosostoykosti grafitizirovannoy stali [Increasing of wear resistance of the graph-itized steel]. Nauka ta prohres transportu. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu - Science and Transport Progress. Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport, 2013, no. 6 (48), pp. 81-87. doi: 10.15802/stp2013/19678.
Наука та прогрес транспорту. Вкник Дншропетровського нацюнального ушверситету зашзничного транспорту, 2015, № 5 (59)
2. Bannikov D.O., Guslistaya A.E. Korrektirovka rezultatov rascheta napryazheniy po MKE metodom HSS [Correcting accounting results of tension using FEM by HSS method]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2011, issue 38, pp. 134-141.
3. Bosov A.A., Artemchuk V.V. Matematychne modeliuvannia planuvannia eksperymentiv [Mathematical modeling of experiments planning]. Visnyk Dnipropetrovskoho natsionalnoho universytetu zaliznychnoho transportu imeni akademika V. Lazariana [Bulletin of Dnipropetrovsk National University of Railway Transport named after Academician V. Lazaryan], 2008, issue 25, pp. 118-121.
4. Karpilovskiy V.S., Kriksunov E.Z., Malyarenko A.A. Vychislitelnyy kompleks [Computing complex]. Moscow, SKAD SOFT Publ., 2007. 590 p.
5. DBN V.2.2-8-98 Pidpryiemstva, budivli i sporudy po zberihanniu ta pererobtsi zerna [SCS V. 2.2-8-98. Enterprises, buildings and structures for the storage and processing of grain]. Kyiv, Derzhbud Ukrainy Publ., 1998. 39 p.
6. DBN V.2.6-163:2010 Stalevi konstruktsii. Normy proektuvannia, vyhotovlennia i montazhu SCS V. 2.6163:2010. Steel construction. The standards for the design, fabrication and installation]. Kyiv, Minrehionbud Ukrainy Publ., 2011. 202 p.
7. Zaiavka na vynakhid v Ukrpatent «Stalevyi lystovyi hofrovanyi profil» № a 2015 03703 vid 20.04.2015 r. [Application for the invention in Ukrpatent «Steel sheet corrugated profile!» no. u 2015 03703 from 20.04.2015].
1 p.
8. Zaiavka na korysnu model v Ukrpatent «Boltove ziednannia z podovzhuiuchym flantsem» № u 2015 04467 vid 20.04.2015 r. [The application for a utility model in Ukrpatent «Bolted connection with odourous flange» no. u 2015 04467 from 20.04.2015]. 1 p.
9. Kachurenko V.V., Bannikov D.O. Efektyvnyi hofrovanyi profil dlia stalevykh yemnostei [Efficient corrugated profile for stainless steel containers]. Budivelne vyrobnytstvo - Construction Operations, 2014, no. 56, pp. 5660.
10. Kachurenko V.V., Bannikov D.O. Osoblyvosti modeliuvannia tysku sypuchoho materialu na hofrovani stalevi elementy [Features of modeling the pressure of granular material in corrugated steel elements]. Resursoekonomni materialy, konstruktsii, budivli ta sporudy - Resource-Efficient Materials, Structures, Buildings and Facilities, 2014, issue 28, pp. 367-376.
11. Kuprievich A.B. Pro otechestvennyye metallicheskiye silosy. Osobennosti proyektirovaniya i stroitelstva [About domestic metal silos. Features of design and construction]. Zerno - Grain, 2011, no. 10, pp. 121-126.
12. Shkorupeyev D.G. Kak v Ukraine lokaliziruetsya zagranichnoye zernokhraneniye [As in Ukraine the overseas grain storage are localized]. Zerno - Grain, 2012, no. 5, pp. 184-187.
13. Antonowicza R., Bywalskia C., Kaminskia M. Analysis of loads and structural capacity of steel silo with corrugated wall for pelleted material. Journal of Civil Engineering and Management, 2014, vol. 20, issue 3, pp. 372-379. doi: 10.3846/13923730.2014.906497.
14. Brodka J., Garncarek R., Milaczewski K. Blachy faldowe w budownictwie stalowym. Warszawa, Arcady Publ., 1984. 152 p.
15. Buxton D.R., Muck R.E., Harrison J.H. Silage science and technology. Madison, Wisconsin, USA, 2003. 897 р.
16. Nemeth C., Brodniansky J. Silo with a Corrugated Sheet Wall. Slovak Journal of Civil Engineering, 2013, vol. 21, issue 3, pp. 19-30. doi: 10.2478/sjce-2013-0013.
17. Sloane E. An age of barns. New York, Funk Publ., 2001. 351 p.
Стаття рекомендована до публ1кацИ' д.т.н., проф. В. Д. Петренком (Украгна), д.т.н., проф.
В. В. Кулябком (Украгна)
Надшшла до редколегп: 23.06.2015
Прийнята до друку: 18.08.2015
