CC BY
175
УДК 658.512: 68.3
ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ МОНОЛИТНОЙ ЖЕЛЕЗОБЕТОННОЙ ПЛИТЫ ДНИЩА СИЛОСОХРАНИЛИЩА С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА «МОНОМАХ»
Некрашевич Владимир Федорович, доктор технических наук, профессор кафедры «Механизация животноводства»
Ревич Яков Львович, магистр наук, соискатель кафедры «Механизация животноводства»
ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный агротехнологический университет имени профессора Костычева»
390044, г. Рязань, ул. Костычева, д. 1; тел.:8 (4912)35-37-22; e-mail: [email protected]
Ключевые слова: днище силосохранилища, монолитная железобетонная плита, программный комплекс «Мономах», модель грунта, изополя перемещений.
Железобетонное днище силосохранилища должно быть долговечным, прочным и герметичным, эффективно защищать окружающую среду от силосного сока и проникновения грунтовых вод в силосохранилище. Решение этой задачи сегодня актуально. Днище силосохранилища проектируют в виде монолитной железобетонной фундаментной плиты на естественном упругом основании. В статье предложена методика проектирования и расчета монолитной железобетонной плиты днища силосохранилища с использованием современного программного комплекса «Мономах».
Введение
Железобетонное днище заглубленного силосохранилища должно быть долговечным, прочным и герметичным, эффективно защищать окружающую среду от силосного сока и проникновения грунтовых вод в силосохранилище, что сегодня является актуальной проблемой [1]. Такое днище обычно выполняют в виде монолитной железобетонной фундаментной плиты сплошного сечения, устанавливаемой на естественном упругом основании. Контур плиты имеет
прямоугольное очертание с размерами в плане 12 х 30 м. Благодаря своей площади и пространственному армированию, такой фундамент позволяет снизить давление на грунт до 0,01 МПа, а также воспринимать знакопеременные нагрузки, которые возникают при различных подвижках грунта. Основными преимуществами фундаментов из плит можно считать простоту и невысокую стоимость изготовления монолитной плиты и ее высокую несущую способность вследствие большой площади опоры на грунт [2].
и
SS ESS »1
Si
р о ш IS Hi ■ i
00 и
Гарантированная целостность стен сооружения обеспечивается общей платформой, не подверженной локальной деформацией. Монолитная плита днища представляет собой жесткую негнущуюся площадку.
Расчет выполняют с учетом «Норм технологического проектирования хранилищ силоса и сенажа НПК АПК 1.10.11-00100 Министерства сельского хозяйства РФ» п.10.4, которые рекомендуют днище сооружений для хранения кормов проектировать с учетом нагрузок от трамбующих механизмов и транспортных средств [3].
объекты и методы исследований 1. Исходные данные и методика расчета
Плита днища толщиной 300 мм в конструктивной ячейке 12 х 30 м. Расчетные пролеты: 1Х = 12000 мм: 12 = 30000 мм.
Для фундаментной плиты предусмотрено задание участков с разными характеристиками грунта по инженерно-геологическому разрезу.
Расчетную схему формировали в режиме импорта и слияния с моделью грунта, заданной в подпрограмме ПК «Мономах-Грунт». Программный комплекс «Мономах» служит для автоматизированного проектирования железобетонных конструкций сооружений с выдачей эскизов рабочих черте-
жей. Его также используют при экспертной оценке выполненных проектов.
В подпрограмме «Грунт» формируют пространственную модель грунтового основания по заданным инженерно-геологическим условиям площадки строительства.
■ Для описания площадки строительства задают базу характеристик слоев грунта (ИГЭ).
■ При вводе геометрических параметров плиты автоматически формируется конечно-элементная схема.
■ Нагрузка - равномерно распределенная. Автоматически учитывается собственный вес конструктивных элементов. Схема плиты, сечения, нагрузки, сведения о материалах и требования конструирования задают или корректируют в интерактивном графическом режиме.
■ По результатам статического расчета строят поля перемещений и усилий, а для заданного отрезка - эпюры.
■ Строят поля напряжений под подошвой фундаментной плиты днища.
■ Плиту рассчитывают по первому и второму предельным состояниям (расчет по раскрытию трещин). Определяют необходимую площадь сечения арматуры, строят поля расчетного армирования. Плиту конструируют сетками и стержнями. Выполня-
таблица 1
расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов
Слой Наименование грунта Данн по д е для расчета еформациям Р, г/см3 Коэффициент пористости Угол естественного откоса при естественной влажности, град. Е» МПа
т с * ^ с о. д. а с 9- а П п, С
1 Супесь пластичная 1,85 7 1 27,0 0,59 40 3
2 Суглинки пылеватые, тяжелые, полутвердые и тугопластичные, макропористые, проса-дочные 1-го типа 1,87 21 23 2,71 0,75 45 7,6
3 Пески мелкие, средней плотности 1,8 32 2 2,65 0,65 36 20
*Примечание: рп - плотность грунта; фп - угол внутреннего трения; Сп - удельное сцепление; Е0 -модуль упругости
ют чертеж AutoCAD, где указывают спецификацию и расположение арматуры, а также ее расход на объект.
2. Инженерно-геологические характеристики площадки строительства
Расчетные характеристики физико-механических свойств грунтов приведены в табл. 1.
3. Определение нагрузок и усилий в плите днища силосохранилища выполняют в соответствии с приложением Г Норм технологического проектирования хранилищ силоса и сенажа НТП АПК 1.10.11-001-00).
3.1.Определение давления массы силоса и трамбующих механизмов на конструкцию наземного силосохранилища
Вертикальное нормативное давление, Па, на днище от массы силоса и трамбующих средств
Рн = (yh + q) K K, (1)
в w 1' п н' , х '
где: y - нормируемая плотность силосной массы, принимается равной 750 кг/м3, h - высота от верха массы до уровня днища траншеи, м; q - временная приведенная нагрузка на 1 м2 горизонтальной поверхности массы от трамбующего средства, н/м2, для силосохранилищ q = 107 Па, что соответствует нагрузке от гусеничного трактора массой 15000 кг; Кп - коэффициент, учитывающий уменьшение давления вследствие податливости ограждений (для стен из каменной, бетонной и бутобетонной кладки Кп = 1, для железобетонных стен Кп = 0,9 и для деревянных стен Кп = 0,8); Кн - коэффициент надежности по назначению, учитывающий ответственность сооружений Кн = 0,9.
Горизонтальное нормативное давление, Па, на стены силосохранилища определяют как часть вертикального давления по формуле строительной механики сыпучих тел:
Рн = K Рн = К (Yh + q)K К , (2)
г дв д11 "пн'
где: Кд - коэффициент бокового давления массы, определяемый по формуле
Кд = tg2 (45- ф/2), (3)
где ф = 32° - нормируемый угол внутреннего трения силоса.
Расчетные значения вертикального и горизонтального давления принимают с учетом коэффициентов перегрузки п = 1,4
для силосуемой массы, пм = 1,2 для трамбующих механизмов.
ррв = ^ + ^Жп^ (4)
Ррг = ^ + МКпКнКд. (5)
При наклонных стенах силосохранилища нормативное и расчетное давление на поверхности наклонных стен определяют с учетом отклонения стены от вертикали на угол а. При этом а принимают в пределах отклонения стены от вертикали (/' < 1:10). Давление, Па, поперечное к наклонной поверхности стены, определяют по формуле:
Рп = Р ^2а + Р sin2а. (6)
а г Ь х '
Давление, Па, продольное к наклонной поверхности стены,
Рпр = Р Sin2a + Р. ^2а, (7)
а г Ь ' х '
где: Рг - горизонтальное нормативное и расчетное давление, Па; Рь - вертикальное давление, Па, нормативное и расчетное, определенное по формулам (1 и 4).
3.2. Определение давления массы силоса в заглубленных и полузаглубленных силосохранилищах, в которых возможно скопление влаги и сока
Вертикальное нормативное давление, Па, на днище заглубленного и полузаглубленного силосохранилища:
Рн = [у^ - ) + q + у h ]К К, (8)
в 1 с1 ж 1 1 ж ж п н' 1 '
где: Yc, ^ q, Кп и Кн - имеют значения, приведенные в пояснениях к формуле (1); hж - высота от расчетного уровня влаги до поверхности днища сооружения, принимают в соответствии с запроектированными устройствами для удаления влаги, но не менее 0,25 высоты стен в сооружениях склада, м; Yж - плотность влаги, принимают равной 1000 кг/м3.
Горизонтальное нормативное давление на стены вертикальные и наклонные (с уклоном от вертикали в пределах до 1:10)
Рн = К Рн ,
н д в'
(9)
где: Кд - коэффициент бокового давления силосной массы, определяемый по формуле (3); Рнв - вертикальное нормативное давление, Па, определяемое по формуле (8).
Расчетное значение вертикального и горизонтального давлений определяют по формулам (4 - 7) с учетом коэффициентов перегрузки: для силосной массы п = 1,4, для
трамбующих механизмов пн = 1,2 и для влаги п = 1.
ж
Вертикальное нормативное давление на днище заглубленного и полузаглубленного силосохранилища
Рнв = [^ - и + Я + Уж^Кп^ (10) где: я = рж/бн ^н.= 25x0,3 = 7,5 кПа - давление, создаваемое днищем; у - нормируемая плотность силосной массы, принимается равной 7,50 кН/м3; h = 3,6 м - высота от верха силосной массы до уровня днища траншеи, м; Кп - коэффициент, учитывающий уменьшение давления вследствие податливости ограждений (для стен из каменной, бетонной и бутобетонной кладки Кп = 1, для железобетонных стен Кп = 0,9); Кн - коэффициент надежности по назначению, учитывающий ответственность сооружений, Кн = 0,9; hж = 0 м - высота от расчетного уровня влаги до поверхности днища сооружения, принимаемая в соответствии с типом проектируемых устройств для удаления влаги, но не менее 0,25 высоты стен сооружения, м; уж - плотность влаги, принимают равной 1000 кг/м3.
Рнв = [7,5(3,6 - 0) + 7,5 + 0] 0,9x0,9 = 27,945 кПа.
4. Ввод данных в ПК «Мономах»
По результатам оценки физико-механических свойств грунтов и расчета нагрузок данные вводят в ПК «Мономах». В основе метода расчета лежат уравнения статики, модель вин-клеровского основания и жесткость плиты [4]. Расчеты ос-
плита является твердым телом (изгибными деформациями плиты пренебрегаем) [5]; геологические процессы в грунтовом массиве при достаточной несущей способности основания плиты направлены на установление равновесного состояния грунтового массива, если давление на грунт уменьшается до величины, не превышающей расчетного сопротивления грунта R.
На первом этапе расчетов определяют осадку плиты днища. Расчет выполняют с применением модели Винклера для жесткой плиты, нагруженной весом сооружения. Для неконсолидированных грунтов коэффициент постели С рассчитывают по фактической осадке плиты. Для консолидированного грунта коэффициент постели определяют по нормативным документам.
На втором этапе рассчитывают конечную осадку плиты. Грунт считают консолидированным, а коэффициент постели определяют по нормативным документам.
5.Задание грунтовых условий в про-
£3
Скважина 3
Координаты X 36.00
У 8.00
( н ) ?
5 :
А б с. от м устья
107.00
Таблица
игэ з ;
Глубина 5.00 в
Задаю глубину залегания
N
Наименование
Абс.отм. подошвы
1 Супесь... 105.Э0
2 Суглинок... | 103.10
3 Суглинок... | 102.00
Мощность слоя
Глубина залегания
1.10 1.10 2.80 З.Э0 1.10 5.00
ь ■
а)
б)
рис. 1 - Геологические характеристики скважин а) и их
расположение на участке строительства б)
нованы на следующих допущениях: реакция грунтового массива на плиту фундамента описывается моделью Винклера - коэффициентом жесткости (коэффициентом постели); фундаментная
таблица 2
Ввод характеристик грунтов в ПК «Мономах»
VI ь ы .ИТ... ■ 11. ч ■ ь^ттггг:
£3
Характеристики грунтов ^ ча Ш X ¿э ГФ т
А В С с Е г С Н Ж.
1 Коэ ф ф и
Номер Усл. Наименование Цвет М одул ь Коэ ф ф и ци ент Удел ь н ы й перех
3 ИГЭ □ бозн. грунта деформации, Пуассона вес грунта, ко 2 меч
4 тс/м**2 деформ
ь
6 1 Супесь пластин 300 О.З 1.В5
1 2 Су гл И Н [Ж и 760 0.3 1.Ё7
а г Суглинок Песок 2000 О.ЗБ 1_в
Рис. 2 - Графическая модель грунта:
1, 2, 3 - номера скважин
Рис. 3 - Стыковка модели грунта
грамме «ГРУНТ»
В табл. 2 приведены характеристики грунтов, введенные в ПК «Мономах».
6. Задание скважин в ПК «Мономах» и моделирование грунта
Указывают положение скважин (рис. 1а) и на основании геологического разреза разрабатывают модель грунта (рис. 16).
В результате экстраполяции и триангуляционной разбивки модели на конечные элементы треугольной формы получена следующая графическая модель грунта (рис. 2).
7. Привязка сооружения к модели грунта
Привязку выполняют в режиме импорта и слияния с моделью грунта, заданной в подпрограмме ПК «Мономах-Грунт», с учетом грунтового основания по заданным инженерно-геологическим условиям площадки строительства. Для описания площадки строительства задают базу характеристик слоев грунта
Рис. 4 - Изополя перемещений днища, мм;
Рис. 5 - Изополя площади нижнего армирования вдоль оси Х, см2/м2;
Рис. 6 - Изополя изгибающих моментов вдоль оси Х, тсхм;
Рис. 7 - Изополя поперечной силы вдоль оси Х, тс
I 1
¡1 НИ
и ш 00 '11 11
(ИГЭ), указывают расположение и отметки устья скважин, слои грунта, составляющие ту или иную скважину.
8. Задание нагрузки на фундаментную плиту днища
Стыковку модели грунта с моделью сооружения (рис. 3) осуществляли в разделе «Компоновка» ПК «Мономах», что позволило получить наиболее точные результаты работы фундаментной плиты днища в массиве грунта.
9. Результаты расчета в ПК «Мономах»
Результаты расчета параметров днища
силосохранилища в ПК «Мономах» приведены на рисунках 4 - 8.
В средней зоне изополя, т.е. средней части плиты возникают максимальные изгибающие моменты; верхняя зона плиты днища подвержена усилиям сжатия, а нижняя зона - растягивающим усилиям, что учитывают при армировании плиты днища.
10. Задание армирования плиты днища
Схема раскладки арматурных сеток,
параметры сеток армирования: диаметр, площадь, шаг стержней и их вес приведены рисунках 9 - 11.
Все остальные списки подобранных сеток и спецификаций арматуры, сформированные программой, условно не показаны. выводы
Проверка принятой толщины плиты и подбор арматуры выполнены в соответствии с требованиями норм проектирования с учетом инженерно-геологических условий и грунтов площадки строительства, а запроектированная толщина плиты, равная 300 мм, и ее армирование стальными сетками и стержнями в расчетных пролетах 11 = 12000 мм и I = 30000 мм - оптимальны.
Библиографический список
1. Некрашевич, В.Ф. Расчет конструкций и оптимизация параметров заглубленных железобетонных силосохранилищ для фермерских хозяйств: монография / В.Ф. Некрашевич, Я.Л. Ревич. - Рязань, 2013. - 135с.
2. Основания, фундаменты и подземные сооружения. Справочник проектировщика / Под ред. Е.А. Сорочан, Ю.Г. Трофи-менкова.- М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.
3. СНиП 2.02.01-83 «Основания и фундаменты». - М., 1995.
рис. 8 - изополя оптимальной толщины плиты, см
рис. 9 - схема раскладки арматурных сеток нижнего пояса
рис. 10 - схема раскладки арматурных сеток верхнего пояса
С10-2С1 6/14_200/200 С11-2С12/12_200/200 С12-2С1 6/16.200/200 С1-2С20/16.200/200 С13-2С14/14_200/200 С14-2С12/14_200/200 С15-2С14/1Б.200/200 С16-2С12/1Б.200/200 С2-2С20/14.200/200 СЗ-2С25/16.200/200 С4-2С25/14.200/200 С5-2С22/14.200/200 СЕ-2С20/10.200/200 С7-2С12/10.200/200 С0-2С12/0.200/200 СЭ-2С14/12.200/200
2С25/14.200/200
Тяжелая с прод. и попереч. рабочей арматурой
Стержни продольные поперечные Диаметр (Р. 61 мм 25 14
Площадь. см2/1 пм 24.5437 |7.ВЭВЭ
Шаг (г, г1), мм 200 200
Вес. кг/ 1 пм 3.84 1.208
п ¿1 [Ь1
I
ЗВ
и
и 42
Вес 1м2, кг 25.24
рис. 11 - схема подобранных арматурных сеток верхнего пояса.
4. СНиП 2.03.01 - 84*. Нормы проектирования. Бетонные и железобетонные конструкции. - Москва, 1989.
5. Горбунов-Посадов, М.И. Основания, фундаменты и подземные сооружения / М.И. Горбунов-Посадов, В.А. Ильичев, В.И. Крутов [и др.]. - М.: Стройиздат, 1985. - 480 с.
'8! 8
Ц
и
>Е
Р и Ё! =1 'из
ш 00 §§ I И
УДК: 621.928
ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ РАБОТЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО
СЕПАРАТОРА УМС-4М
Чарыков Виктор Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»
Евдокимов Александр Андреевич, аспирант кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства»
Соколов Сергей Александрович, кандидат технических наук, старший преподаватель кафедры «Электрификация и автоматизация сельского хозяйства» ФГБОУ ВПО «Курганская ГСХА им Т.С. Мальцева»
641300, Курганская обл., Кетовский р-н, с. Лесниково, сельхозакадемия тел.: 8(35-231)44-142.
е-mail.:[email protected]; [email protected]
Ключевые слова: электромагнитный сепаратор, ферромагнитная частица, дифференциальное уравнение, время, магнитная сила, концентратор.
В статье описан электромагнитный сепаратор УМС-4М для отделения ферромагнитных частиц. Изложена методика расчета определения времени нахождения ферромагнитных частиц в рабочем канале и время притяжения ферромагнитных частиц к концентратору магнитного поля.
ведение
Работа металлорежущих станков в условиях ремонтно-технических предприятий (РТП), машинно-технологических станций (МТС) и машиностроительных заводов невозможна без применения смазочно-ох-лаждающих жидкостей (СОЖ), которые стали неотъемлемым элементом технологических процессов [1].
Объемы потребления СОЖ в Курганской области постоянно увеличиваются. На сегодняшний день в двадцати четырех районах области находятся более 200 машинно-
V —7
технологических станций, 7 ремонтно-тех-нических предприятий и более 10 машиностроительных заводов.
Смазочные материалы играют важную роль в эксплуатации современной техники, выполняя следующие функции:
- быстрый отвод теплоты, увеличение скорости резания и срока службы металлорежущего инструмента;
- образование смазочной пленки между режущим инструментом, стружкой и заготовкой, снижение износа и улучшение качества обработки поверхности заготовки;
- смазку точек скольжения за предела-
ми фактической зоны резания между режущим инструментом, заготовкой и стружкой;
- эффективное удаление стружки [2].
Незначительная часть смазочных материалов (10...20 %) безвозвратно теряется вследствие испарения, уноса, проливов и утечки. Основная же часть СОЖ (80.90 %) претерпевает физико-химические изменения структуры, во многом определяющие показатели операций механической обработки. В процессе функционирования и эксплуатации СОЖ в циркуляционных системах были обнаружены масла, смолы, вода, колонии микроорганизмов, адсорбирующие на себе пыль и мелкую стружку, а также ферромагнитные частицы, которые оказывают значительное влияние на качество обработки поверхности и износ инструмента [3].
Смазочные материалы, непригодные к дальнейшему использованию после окончания срока службы или по их фактическому состоянию, удаляют из циркуляционных систем станков и заменяют свежими.
На основании анализа работы существующих установок по очистке СОЖ в Курганской ГСХА разработан электромагнит-
