Теорія формоутворення вертикальних сталевих ємнісних конструкцій для сипучих матеріалів

. (14)

В кількісному відношенні значення коефіцієнту бокового тиску (відповідно, й нормального тиску) суттєво залежать від параметрів сипучої речовини та форми сосуду і для найбільш розповсюджених сполучень їх значень може змінюватись у діапазоні приблизно 0 - 1,5. Значення ж коефіцієнту для моменту початку розвантаження сосуду для всіх розглянутих випадків перевищує значення коефіцієнту для статичного стану сипучої речовини. Кількісно ця величина може сягати 10 та більше разів. Фізично це означає, що під час початку розвантаження тиск сипучої речовини на стінки сосуду має збільшуватись.

До того ж, значення коефіцієнту, а за рахунок цього і вся розроблена модель поведінки сипучої речовини в замкненому сосуді, виявляються доволі чутливими до зміни одного чи декількох фізико-механічних характеристик сипучого матеріалу. Це частково може пояснити так звану “нестійкість” отримуваних експериментальних результатів різними дослідниками на начебто “однакових” сипучих середах.

Однією з ключових задач є відшукання оптимальної зовнішньої геометричної форми ємнісної будівельної конструкції з урахуванням її взаємодії із сипучим середовищем. Для двоступінчастої ємнісної споруди з вертикальною верхньою частиною (найпоширеніший в практиці випадок) отриманий із відповідного часткового рішення вираз для відшукання оптимальної форми нижньої частини з умови, щоб нормальний тиск залишався постійним, буде мати вигляд виразу (15):

. (15)

Графічно ця залежність для випадку наступних параметрів ємності і фізико-механічних характеристик сипучого матеріалу - r = 3 м, = 1000 кг/м³, = 65, = 20, = 21 - буде мати вигляд, представлений на рис. 8 (по вертикалі відкладено висоту ємності в м, по горизонталі - її поперечний розмір в м).

Таким чином, форма нижньої частини має вид кривої, яка різко звужується майже відразу після зони стикування нижньої і верхньої частин конструкції. На практиці, дана зовнішня форма може бути апроксимована, наприклад, 1 - 2 прямими, які утворять ломаний контур нижньої частини ємності.

Як і в попередньому розділі роботи, вихідні передумови представленої в даному розділі моделі, а також отримані на їх основі аналітичні вирази, не передбачають будь-яких обмежень як з точки зору розмірів ємнісних конструкцій, так і матеріалу. Це означає, що наведені рішення придатні як для малорозмірних споруд, так і споруд значних розмірів, а також, як для сталевих ємностей, так і для залізобетонних або виконаних з іншого матеріалу. Головною умовою при цьому є достатньо висока жорсткість стінок ємності, оскільки всі математичні вирази в даній роботі були отримані саме за цієї передумови.

П'ятий розділ присвячено питанню експериментальної перевірки основних вихідних положень та самої теоретичної моделі поведінки сипучого середовища в замкненому сосуді, представлених в попередньому розділі. Дослідження складалися з двох частин і передбачали спершу проведення спостережень на моделі ємнісної конструкції, а потім виконання натурного експерименту на малорозмірних ємнісних конструкціях.

Основною метою спостережень була перевірка гіпотетичних припущень про характер укладки зерен сипучого матеріалу, які були покладені в основу подальшої теоретичної моделі поведінки сипучого середовища в замкненому с сосуді. Спостереження ставили на меті прослідкувати для сипучого матеріалу із однаковими зернами характер їх укладки в стані статичного спокою і при вивантаженні з урахуванням змін кута нахилу бокових стінок ємності і швидкості її завантаження.

Для вирішення сформульованого таким чином завдання була розроблена та виконана спеціальна експериментальна модель. Вона являє собою плоский вертикальний переріз ємності в місці її вертикальної площини симетрії (рис. 9,а). Товщина такого перерізу складала один діаметр зерна сипучого матеріалу, в якості якого приймався штучний сипучий матеріал.

В ході експериментальних спостережень в моделі варіювався кут нахилу бічних елементів в діапазоні 30 - 90 з кроком 10, які відповідають кутам нахилу стінок реальних ємнісних споруд. Завантаження матеріалу здійснювалось із різною швидкістю. Всього таким чином було проаналізовано близько 30 різних комбінацій.

В якості основних висновків проведених експериментальних спостережень можна констатувати наступне:

1. Кут укладки зерен сипучого матеріалу має розглядатись як інтегральна характеристика самого сипучого матеріалу безвідносно до розмірів його зерен, швидкості його завантаження і форми ємності.

2. В момент початку вивантаження сипучого матеріалу з конструкції ємності був виявлений ефект, що полягає в зміні напряму сил тертя між окремими зернами сипучого матеріалу на протилежний в порівнянні із статичним станом. Вказаний ефект може бути причиною стрибкоподібної зміни тиску сипучого матеріалу.

Для кількісної перевірки запропонованої теоретичної моделі поведінки сипучого середовища в замкненому сосуді були розроблені і проведені експериментальні дослідження на малорозмірних ємнісних конструкціях. В якості основних завдань досліджень були сформульовані наступні:

1. Визначення характеру розподілу статичного тиску сипучого матеріалу на стінки ємності в режимі його завантаження і зберігання через визначення напружено-деформованого стану (НДС) конструкції ємності.

2. Визначення особливостей зміни тиску сипучого матеріалу на стінки ємності в режимі його повного самостійного вивантаження через контроль змін в НДС конструкції ємності порівняно зі статичним станом.

3. Визначення характеру зміни динамічних властивостей конструкції ємності в режимі її завантаження сипучим матеріалом.

Вказані експериментальні дослідження мають комплексний характер і охоплюють весь цикл роботи конструкції ємності при її експлуатації, починаючи з моменту завантаження сипучого матеріалу, його зберігання і закінчуючи розвантаженням споруди.

Зважаючи на багато чинників, серед яких був тип передбачуваних сипучих матеріалів, їх фізико-механічні характеристики, необхідність отримання певних ефектів в ході досліджень, а також можливості наявної вимірювальної апаратури та матеріально-технічної бази, було прийнято наступну форму та розміри малорозмірної ємнісної конструкції.

В якості перемінних конструктивних параметрів були прийняті наступні: товщина стінки ємності (t) і кут нахилу нижньої воронкоподібної частини ємності до горизонталі (). Було виготовлено дві ємності з наступними параметрами: для першої t = 4 мм і = 55 (після обмірів - 54,4); для другої: t = 2 мм і = 45 (після обмірів - 44,2). Товщина стінки ємності призначалася з міркувань роботи її елементів в геометрично лінійній області, а кут нахилу воронки - з міркувань повного самостійного спорожнення ємностей. Матеріалом для виготовлення ємностей була прийнята сталь, з якої у багатьох випадках виготовляються в практиці такі споруди.

В якості сипучих матеріалів було відібрано три матеріали - пісок із розміром зерен 0,25 - 2 мм, мармурова крихта із розміром зерен 5 - 10 мм і щебінь із розміром зерен 10 - 20 мм. Всі матеріали були заздалегідь висушені, пісок додатково просівався.

Попередньо в ході окремих досліджень було визначено необхідні фізико-механічні властивості використаних сипучих матеріалів та сталі, з якої були виготовлені ємнісні експериментальні конструкції.

На основі відомих теоретичних розробок щодо планування експериментальних досліджень був виконаний ретельний попередній теоретичний аналіз і комп'ютерне моделювання передбачуваних в експерименті ситуацій. Останнє здійснювалось на основі МСЕ на базі одного з сучасних проектно-обчислювальних комплексів SCAD for Windows, який має відповідні атестаційні документи. На основі отриманих результатів були визначені місця розташування вимірювальних приладів - тензодатчиків та прогиномірів.

Експериментальні дослідження для кожної ємності і кожного з сипучих матеріалів проводились в трьох режимах - запис статичного стану при різних рівнях завантаження конструкції, динамічний запис процесу повного самотічечного розвантаженню конструкції, запис власних динамічних параметрів порожньої ємності.

Аналізуючи результати статичних випробувань, було зроблено висновок про те, що в цілому отримані значення напружень і прогинів досить задовільно збігаються із теоретичними даними, отриманими за допомогою МСЕ для авторської моделі сипучого середовища. Для найбільш напружених зон конструкції в середньому відхилення значень напружень порівняно із результатами комп'ютерного моделювання не перевищують 30 - 35 %, при цьому величини відхилень для прогинів не перевищують 10 - 15 %, що є повністю прийнятним рівнем. Аналогічні значення для завдання тиску сипучого матеріалу відповідно до офіційно прийнятої вітчизняної методики коливалися в межах 30 - 300 % для напружень і 20 - 85 % для прогинів, відповідно.

Записи динамічних процесів розвантаження експериментальних ємнісних конструкцій, фрагменти яких зображені на рис. 11 (по вертикалі відкладено рівень напружень, по горизонталі - час запису), дозволили виявити три стадії цього процесу. На першій стадії, що триває перші 1 - 3 с з моменту початку розвантаження спостерігається різке стрибкоподібне підвищення тиску (більш темна зона на рис. 11). При цьому кількісні величини збільшення рівня напружень становили 1,68 разів для піску, 1,54 разу для мармурової крихти і 1,35 разу для щебеня. В перерахунку на тиск сипучого матеріалу ці величини достатньо точно узгоджуються з теоретичними даними, отриманими відповідно до авторської моделі поведінки сипучої середи.

Другий етап процесу розвантаження характеризується поступовим зниженням величини тиску (на рис. 11 виділено світло-сірим кольором). Його тривалість коливається в межах 10 - 50 % всього часу розвантаження. Для третього етапу розвантаження характерне інтенсивніше падіння бокового тиску сипучого матеріалу аж до нуля, обумовлене значним спорожненням конструкцій. В процесі розвантаження ні в одній з областей конструкції (ні по одному з каналів) не було зафіксовано повторне збільшення тиску проти отриманого на першому етапі розвантаження. Це дозволяє стверджувати, що найбільш небезпечним є момент початку вивантаження сипучих матеріалів з ємності, а тиск, що виникає при цьому, є найбільшим для всіх режимів роботи конструкцій, включаючи і статичний. Додаткових динамічних ефектів (типу пульсацій при розвантаженні, тощо) в ході досліджень, також, зареєстровано не було.

Таким чином, в цілому можна констатувати, що розроблена авторська дискретно-континуальна модель поведінки сипучої середи в замкненому сосуді, в тому числі й питання про небезпеку стадії початку вивантаження сипучого матеріалу, знайшла своє підтвердження в ході експериментальних досліджень.

Слід зазначити, також, що відхилення значень отриманого за результатами експериментальних досліджень власного частотного спектру від теоретичних значень, отриманих на основі комп'ютерного моделювання, не перевищило 5 - 10 %. Це свідчить про можливість використання в практичних розрахунках та проектуванні конструкцій ємнісного типу чисельних моделей, розроблених та проаналізованих за допомогою МСЕ.

Шостий розділ присвячено питанням конструктивного формоутворення вертикальних сталевих ємнісних конструкцій для сипучих матеріалів.

На основі аналізу основних недоліків традиційного конструктивного рішення було визначено основні напрямки його модернізації та вдосконалення:

- повна або часткова відмова від ребер жорсткості та використання замість них підкріплюючих елементів із більш рівномірним розподілом жорсткості по довжині і висоті ємнісної споруди;

- використання малорозмірних несучих елементів, які дають змогу формувати складні ломані форми споруди;

- використання для несучих елементів закритих профілів замість відкритих;

- вдосконалення розташування і кріплення футеровки з метою спрощення її заміни при ремонті й обслуговуванні.

Виконаний чисельний порівняльний аналіз ряду покращених конструктивних рішень, запропонованих фахівцями спеціалізованих проектних організацій ДніпроПСК і ЛенПСК (розташування ребер жорсткості незалежно на кожній із стінок з розривом в кутовій зоні; використання ребер жорсткості у вигляді V-подібного профілю замість традиційних відкритих профілів) дозволив констатувати, що хоча подібні рішення частково покращують роботу споруди, однак не дозволяють усунути всі її недоліки у повному обсязі.

Тому було запропоновано принципово інше конструктивне рішення. Його сутність полягає у формуванні конструкції ємності з окремих панелей . Конструкція запропонованої панелі являє собою двошаровий елемент. Зовнішній шар є профільованим і призначений для сприйняття навантаження від тиску сипучих матеріалів, що зберігаються в ємності. Конструктивно він є сталевим листом з наявними підсилюючими елементами. Найбільш технологічним рішенням в даному випадку є використання цілісних гофрованих сталевих листів, хоча можуть бути застосовані й більш традиційні рішення на основі ребер жорсткості у вигляді окремих елементів, приєднаних до плоского листа. Товщина листа при цьому може коливатись від 2 - 3 мм при використанні профілів вітчизняного виробництва до 5 - 6 мм при використанні профілів закордонного виробництва. Таким чином вдається добитися більш рівномірного розподілу жорсткості підсилюючого елементу. До того ж гофрований профіль є закритим, що також відповідає наведеним вище вимогам з покращення існуючого конструктивного рішення.

Внутрішній шар панелі являє собою плоский сталевий лист, також, невеликої товщини близько 3 - 4 мм. Необхідність його постановки обумовлена тим, що тільки зовнішнього шару виявляється недостатнім для сприйняття навантажень і забезпечення жорсткості споруди. Між собою зовнішній і внутрішній шари панелі з'єднуються за допомогою проміжних болтових кріплень, кількість і несучу спроможність яких встановлюють відповідним розрахунком.

З внутрішньої сторони до панелі прикріпляється футерувальний шар. Він може бути виконаний як за традиційними схемами, так і з більш сучасних полімерних матеріалів з терміном беззмінної експлуатації до 10 років, як наприклад, гумових футерувальних плит (ГФП) невеликих розмірів.

Дослідження різноманітних конструктивних варіантів панелі та роботи її вузлових з'єднань, проведених автором на основі чисельних розрахунків за МСЕ, дозволило обрати найбільш раціональну, технологічну та економічну конструкцію. Зокрема було встановлено, що зовнішній периметр панелі слід підсилювати спеціальними обв'язувальними елементами з сталевих смуг завтовшки 6 - 12 мм. Вони прикріпляються за допомогою зварювання до елементів панелі і створюють жорсткий каркас, виконуючий водночас і функцію додаткових ребер жорсткості, що підсилюють конструкцію ємнісної споруди в цілому.

Таким чином, розроблена панельна конструктивна схема для сталевих ємностей виявляється позбавленою більшості недоліків, властивих традиційній конструктивній схемі і, окрім цього, має ряд істотних переваг, серед яких слід зазначити: суттєве зниження загальної протяжності зварних швів в конструкції, особливо у разі застосування цілісних гофрованих листів; підвищення ремонтопридатності конструкції, за рахунок можливості в короткі терміни і технологічно нескладно провести заміну пошкодженій панелі; можливість виготовлення панелей в умовах заводу, що істотно підвищує їх якість і дозволяє понизити вірогідність помилок при монтажі; спрощення збірки ємнісних конструкцій на монтажному майданчику; можливість попереднього опрацьовування конструктивного рішення панелі під різні види сипучих матеріалів і умов роботи, включаючи наявність агресивного зовнішнього середовища; можливість орієнтації елементів зовнішнього шару панелі під кутом до горизонту, що погіршує умови скупчення на його поверхні виробничого пилу і знижує вірогідність виникнення і розвитку корозійних пошкоджень; підвищення естетичних якостей конструкції ємності.

Сьомий розділ присвячено теоретичному вирішенню ряду важливих часткових конструктивних задач стосовно як запропонованої панельної конструктивної схеми ємності, так і конструктивного рішення споруди в цілому.

Зокрема розглянуто чотири задачі: задача визначення ступеня сумісності роботи обшивки ємнісної конструкції із ребром жорсткості довільного перерізу; задача оптимізації зовнішньої геометричної форми ребра жорсткості закритого профілю; задача визначення найбільш напруженої завантаженої зони конструкції ємності; динамічна задача визначення змін у динамічних характеристиках ємнісної конструкції в залежності від наявності в її конструкції певних дефектів.

Стосовно отриманих при цьому результатів слід констатувати:

1. Чисельне дослідження задачі про ступінь сумісності роботи обшивки разом із підкріплюючим її ребром жорсткості показало, що ця ступінь коливається в досить широкому діапазоні в залежності від співвідношення жорсткостей обшивки та ребра. При невеликій товщині обшивки (4 мм) включення її в роботу є не досить активним та коливається в межах 20 - 60 її товщин. Тому рекомендоване діючою методикою проектування розрахункове значення цього параметру, що дорівнює 30 товщинам, слід вважати завищеним.

2. Найбільш раціональної формою поперечного перерізу ребра жорсткості ємнісних конструкцій слід вважати замкнену V-подібну форму, яка виявляється найефективнішою як з точки зору міцності при згині, так і водночас з точки зору мінімізації площі бокової поверхні ребра. Останнє справедливо, правда, при умові сталої товщини окремих конструктивних елементів ребра, тому більш доцільними виявляються ребра, виготовлені з одного сталевого листа, а не зварені з різних листів.

3. Найбільш небезпечною зоною пірамідальної ємнісної будівельної конструкції, обшивка якої підкріплена додатковими ребрами жорсткості, незалежно від геометричної форми їх поперечного перерізу слід вважати зону, розташовану між 1/3 і 1/2 висоти повної уявної піраміди. З урахуванням того, що розтягуючи напруження від поздовжньої сили, як правило, не перевищують 10 % від напружень згинального моменту, то найбільш напружена ділянка конструкції ємності буде наближена до рівня 1/3 висоти.

4. Теоретичне визначення спектру власних динамічних характеристик ємнісних будівельних конструкцій для сипучих матеріалів, можливість застосування якого була підтверджена експериментально, є потужнім засобом прогнозування поведінки ємнісних споруд під час експлуатації і може бути використано для проведення моніторингових досліджень.

Восьмий розділ присвячено формулюванню інженерної методики формоутворення вертикальних ємнісних будівельних конструкцій для сипучих матеріалів, а також оцінки її ефективності.

Сутність інженерної методики формоутворення полягає в послідовному та практично зручному об'єднанні і застосуванні наведених в попередніх розділах теоретичних результатів в єдиний практичний підхід. Методика включає в себе п'ять основних етапів, за допомогою яких формується більш раціональна, довговічна та більш ефективна за цілою низкою експлуатаційних показників ємнісна будівельна конструкція для сипучих матеріалів.

Процес проектування вертикальної жорсткої сталевої ємності для сипучих матеріалів слід розпочинати не з визначення її геометричних розмірів, як це рекомендує традиційний підхід до проектування, а з визначення основних фізико-механічних властивостей сипучого матеріалу, для зберігання якого дана ємнісна споруда передбачається. Адже саме властивості сипучого матеріалу дозволять в подальшому грамотно та ефективно обрати необхідні розміри й форму конструкції. Другим є етап вибору зовнішньої форми і призначення габаритних розмірів конструкції. Він виконується з урахуванням результатів та рекомендацій, отриманих на основі моделі геометричної оптимізації розмірів конструкції та моделі поведінки сипучого середовища в замкненому сосуді. На третьому етапі визначається тиск від сипучого матеріалу на елементи ємності. При цьому знов використовуються аналітичні залежності, отримані на основі моделі поведінки сипучого середовища в замкненому сосуді. Четвертий етап передбачає виконання конструювання ємнісної споруди у відповідності до розроблених автором рекомендацій конструктивного формоутворення. При цьому перевагу рекомендується надавати розробленій автором панельній конструктивній схемі з використанням гофрованих сталевих листів. Заключний п'ятий етап передбачає виконання розрахунку споруди з метою призначення перерізів її несучих елементів.

В цілісному вигляді дана методика підготовлена автором у вигляді видання - “Руководство по проектированию вертикальных стальных емкостных конструкций для сыпучих материалов”.

В якості практичної ілюстрації використання розробленої інженерної методики в роботі наведено два приклади конструкцій ємності з плоскими стінками (бункерного типу) та круглого поперечного перерізу (силосного типу). Вони були перепроектовані у відповідності до розробленої інженерної методики порівняно із взятими з відповідної фахової літератури прикладами.

Аналіз наведених даних дозволяє стверджувати, що використання розробленої концепції формоутворення сталевих вертикальних ємнісних будівельних конструкцій для сипучих матеріалів дозволяє суттєво покращити, як загальний рівень напружено-деформованого стану конструкції, уникаючи при цьому небезпечних концентраторів напружень, так і зробити споруди більш легкими та технологічними при виготовленні, експлуатації й ремонті.

ВИСНОВКИ

1. За результатами виконаного огляду вітчизняної і закордонної нормативної, довідкової, фахової та звітної літератури, а також проведеного аналізу статистики відмов та аварій сталевих ємнісних конструкцій для сипучих матеріалів слід констатувати, що в теперішній час існує проблема проектування надійних та довговічних сталевих вертикальних ємнісних будівельних конструкцій для сипучих матеріалів. В даній роботі ця проблема вирішена на основі розробки єдиної цілісної, внутрішньо непротирічливої, теоретично обґрунтованої та експериментально підтвердженої концепції формоутворення споруд даного типу.

2. Одним з основних аспектів такої теорії формоутворення є вибір зовнішньої форми та геометричних розмірів ємнісної конструкції. Він має здійснюватись на основі запропонованої автором загальної моделі геометричного формоутворення ємнісної споруди та розробленої на її основі математичної моделі. Вони є достатньо універсальними з точки зору врахування основних конструктивних параметрів ємнісних споруд і дозволяють як спростити процес відшукання оптимальних геометричних розмірів споруди, так і запобігти суттєвим перевитратам матеріалу. На основі цих моделей були отримані ряд часткових рішень для найбільш поширених в практиці типів ємнісних конструкцій: двоступінчастої пірамідально-призматичної та конусно-циліндричної. Вони являють собою нескладні алгебраїчні вирази, придатні для безпосереднього практичного використання.

3. Іншим аспектом теорії формоутворення ємнісних будівельних конструкцій є розроблена автором дискретно-континуальна фізична модель поведінки сипучого середовища в замкненому сосуді, яка враховує дуальну природу сипучого матеріалу. На її основі отримано два різних математичних вирази для визначення коефіцієнту бокового тиску сипучого матеріалу в стані спокою і в момент початку розвантаження. Встановлено, що підвищення тиску сипучого матеріалу під час його вивантаження з ємності, яке констатується багатьма дослідниками, обумовлено зміною схеми укладки його зерен і, як наслідок, призводить до перерозподілу зусиль, яке може сягати понад 5 разів. Розроблені моделі є достатньо універсальними з точки зору врахування основних конструктивних параметрів ємнісних споруд, які можуть варіюватись довільним чином без будь-яких обмежень.

4. На основі загального рішення для визначення тиску сипучого матеріалу отримані ряд часткових рішень для найбільш поширених в практиці типів ємнісних конструкцій одноступінчастого та двоступінчастого типів. Вони являють собою нескладні алгебраїчні вирази, придатні для безпосереднього практичного використання. Також, на основі отриманих рішень була виведена функціональна залежність для найбільш раціональної з точки зору розподілу тиску від сипучого матеріалу геометричної форми нижньої випускної частини двоступінчастої ємнісної конструкції. Вона має вид кривої, яка в практиці може бути апроксимована за допомогою 1 - 2 прямих, що окреслять ломаний контур бокової поверхні.

5. Серія проведених автором спостережень на моделі ємнісної конструкції, які мали на меті встановлення закономірностей укладки зерен сипучого матеріалу під час його статичного стану спокою та вивантаження, підтвердили основні засади, покладені в основу розробленої теоретичної моделі взаємодії сипучого матеріалу із ємнісною конструкцією.

6. Проведені комплексні експериментальні дослідження на малорозмірних сталевих ємнісних конструкціях, які мали на меті перевірку авторської теоретичної моделі поведінки сипучого матеріалу в замкненому сосуді, підтвердили її із придатним рівнем адекватності. Під час досліджень були встановлені основні закономірності процесу вивантаження сипучого матеріалу з ємності. Зокрема було визначено, що цей процес відбувається|походити| в три стадії, з|із| яких найбільший тиск|тиснення| сипучого матеріалу, що передається|робиться,виявляється,чиниться| ним на стінки ємності|ємкість|, має місце на першій стадії, яка відповідає першим секундам після початку процесу. Це є найбільш небезпечна стадія роботи конструкцій даного типу, оскільки при цьому тиск сипучого матеріалу збільшується по відношенню до статичного тиску (для умов проведення експерименту на величину до 2 разів). Тому саме цей режим має бути встановлений в якості основного розрахункового режиму при проектуванні, який визначає несучу спроможність конструкцій в цілому та її окремих елементів.

7. З метою суттєвої модернізації та вдосконалення існуючого конструктивного рішення запропонована панельна конструктивна схема із використанням гофрованих сталевих листів. Вона є відносно простою за своєю конструкцією та має низку суттєвих переваг над традиційним рішенням. Серед основних з них слід відмітити більшу рівномірність напружено-деформованого стану конструкції, спрощення її виготовлення та збірки, підвищення ремонтопридатності та зменшення негативного впливу корозійних пошкоджень. Проведене комп'ютерне моделювання запропонованої конструктивної схеми із використанням гофрованих листів показало, що за рівнем напружень і деформацій така панель майже в 2 рази виявляється більш ефективною при практично однаковій загальній масі, ніж традиційна схема.

8. Вирішені часткові теоретичні задачі стосовно визначення ступеню сумісності роботи обшивки разом із підкріплюючим її ребром жорсткості, оптимізації форми поперечного перерізу замкненого ребра жорсткості та визначення найбільш небезпечної зони ємнісної конструкцій дозволили вказати на раціональні діапазони вибору ряду конструктивних параметрів ємнісних конструкцій. Так, найбільш раціональної формою поперечного перерізу ребра жорсткості ємнісних конструкцій слід вважати замкнену V-подібну форму, найбільш небезпечною зоною пірамідальної ємнісної будівельної конструкції, обшивка якої підкріплена додатковими ребрами жорсткості, незалежно від геометричної форми їх поперечного перерізу, слід вважати зону, розташовану між 1/3 і 1/2 висоти повної уявної піраміди.

9. Теоретичне визначення спектру власних динамічних характеристик ємнісних будівельних конструкцій для сипучих матеріалів, можливість застосування якого була підтверджена експериментально, є потужнім засобом прогнозування поведінки споруд під час експлуатації і може бути використано для проведення моніторингових досліджень для споруд розглядуваного типу.

10. Вказані вище аспекти склали основу розробленої теоретичної концепції проектування сталевих вертикальних ємнісних конструкцій для сипучих матеріалів. На її основі розроблена інженерна методика формоутворення конструкцій даного типу, придатна для безпосереднього практичного використання. Вона включає в себе п'ять основних етапів, за допомогою яких формується більш раціональна, довговічна та більш ефективна за цілою низкою експлуатаційних показників ємнісна будівельна конструкція для сипучих матеріалів. Представлена методика впроваджена в практику проектування ряду провідних проектно-конструкторських організацій.

11. Виконане порівняння конструкцій ємностей, запроектованих у відповідності до рекомендацій цієї методики, із варіантом конструкції, запроектованим у відповідності до існуючих рекомендацій, на основі комп'ютерного моделювання свідчить про можливість суттєвого кількісного та якісного покращення рівня напружено-деформованого стану споруди. За теоретичними підрахунками воно може результуватись у величину до 1,5 разів зменшення загальної ваги конструкції при виборі сталей з підвищеними міцнісними характеристиками.

СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Банніков Д. О. Сипучий матеріал в ємнісній конструкції / Д. О. Банніков. - Дніпропетровськ: Моноліт, 2009. - 172 с.

2. Банников Д. О. Вертикальные жесткие стальные емкости: современные концепции формообразования / Д. О. Банников. - Днепропетровск: Монолит, 2009. - 186 с.

3. Банников Д. О. Основные причины аварий жестких стальных бункеров и низких силосов / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Металеві конструкції, 2002. - Т. 5. - № 1. - С. 59 - 66. (Збір та аналіз статистичних даних).

4. Банников Д. О. Сопоставительный анализ конструктивных схем стальных бункерных емкостей / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Металеві конструкції, 2007. - Том 13. - № 3. - С. 163 - 172. (Аналіз переваг і недоліків конструктивних рішень).

5. Банников Д. О. Новая конструкция бункерной емкости из стальных панелей / Д. О. Банников, М. И. Казакевич, Л. М. Рабер // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2007. - № 6. - С. 98 - 102. (Розробка нового конструктивного рішення, аналіз його переваг та недоліків порівняно з існуючими рішеннями).

6. Банніков Д. О. Експериментальні дослідження динамічних властивостей сталевих ємнісних конструкцій для сипучих вантажів / Д. О. Банніков // Підйомно-транспортна техніка. - 2008. - № 4. - С. 79 - 88.

7. Банников Д. О. Особенности процесса разгрузки бункерных емкостей / Д. О. Банников // Металлургическая и горнорудная промышленность. - 2008. - № 5. - С. 131 - 135.

8. Банніков Д. О. Визначення коефіцієнта бокового тиску сипучого матеріалу в замкненій посудині / Д. О. Банніков // Металеві конструкції. - 2008. - Том 14. - № 2. - С. 113 - 123.

9. Банников Д. О. Снижение металлоемкости стальных пирамидально-призматических бункеров / Д. О. Банников // Сб. научн. работ ДДТУЗТ: Ресурсосберегающие технологии в транспортном и гидротехническом строительстве. Строительство. - Днепропетровск: Нова ідеологія. - 1999. - Вып. 6. - С. 196 - 201.

10. Bannikov D. O. Features of Failures of Steel Bunkers (of pyramidally-prismatic type) / D. O. Bannikov, M. I. Kazakevitch // Зб. наук. праць ПДАБА і ВТУ: Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Warsaw: Warszawskiej Politechnik. - 2002. - Vol. II. - С. 650 - 657. (Збір та аналіз статистичних даних).

11. Банников Д. О. Основные проблемы проектирования стальных бункеров транспортной эстакады / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Тематич. вип. зб.: Автомобільні дороги та транспортне будівництво. - К.: Нац. трансп. ун-т. - 2002. - № 64. - С. 86 - 89. (Формулювання та розробка основних проблемних питань сучасної концепції проектування сталевих ємнісних конструкцій).

12. Банников Д. О. Мониторинг стальных бункеров / Д. О. Банников // Зб. наук. робіт ДНУЗТ: Будівництво. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2002. - Вып. 11. - С. 38 - 41.

13. Банников Д. О. Направления совершенствования современной концепции проектирования жестких стальных бункеров / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2003. - Вип. 1. - С. 130 - 136. (Формулювання та розробка основних напрямів вдосконалення сучасної концепції проектування сталевих ємнісних конструкцій).

14. Bannikov D. O. Design problems of steel bunkers / D. O. Bannikov, M. I. Kazakevitch // Зб. наук. праць ПДАБА і ВТУ: Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Warsaw: Warsaw University of Technology. - 2004. - Vol. II. - С. 559 - 564. (Формулювання та розробка основних проблемних питань сучасної концепції проектування сталевих ємнісних конструкцій).

15. Банников Д. О. Выбор рациональной геометрической формы емкостей для сыпучих материалов / Д. О. Банников // Зб. наук. праць ПДАБА і ВТУ: Theoretical Foundations of Civil Engineering. - Warsaw: Warsaw University of Technology. - 2005. - С. 53 - 60.

16. Банников Д. О. Снижение площади коррозионного износа стальных емкостных конструкций / Д. О. Банников // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2005. - Вип. 9. - С. 136 - 145.

17. Банников Д. О. Модернизация конструктивной схемы стальных емкостей / Д. О. Банников // Наук.-техн. зб.: Автомобільні дороги та дорожнє будівництво. - К.: Нац. трансп. ун-т. - 2006. - № 73. - С. 30 - 35.

18. Банніков Д. О. Напружено-деформований стан сталевої панелі бункерної ємності / Д. О. Банніков // Зб. наук. робіт ДНУ: Методи розв'язання прикладних задач механіки деформівного твердого тіла. - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2006. - Вип. 7. - С. 3 - 10.

19. Банников Д. О. Частное решение оптимизации геометрической формы бункеров и силосов / Д. О. Банников // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2007. - Вип. 18. - С. 154 - 160.

20. Банніков Д. О. Континуальна модель тиску сипучого матеріалу в замкненій ємнісній конструкції / Д. О. Банніков // Зб. наук. праць: Ресурсоекономні матеріали, конструкції, будівлі та споруди. - Рівне. - 2008. - Вип. 17. - С. 333 - 340.

21. Банніков Д. О. Особливості розподілу тиску сипучого матеріалу в одноступінчастих ємнісних конструкціях / Д. О. Банніков // Зб. наук. праць ПолтНТУ: серія “Галузеве машинобудування, Будівництво”. - Полтава: ПолтНТУ. - 2008. - Вип. 21. - С. 79 - 87.

22. Банников Д. О. Исследование угла укладки зерен сыпучего материала на модели емкости / Д. О. Банников // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2008. - Вип. 22. - С. 94 - 100.

23. Банніков Д. О. Тиск сипучого матеріалу на стінки двоступінчастих ємнісних конструкціях / Д. О. Банніков // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2008. - Вип. 23. - С. 143 - 149.

24. Банников Д. О. Планирование и проведение исследований по экспериментальному изучению сыпучих материалов в емкостных конструкциях / Д. О. Банников // Сб. научн. трудов «Строительство, материаловедение, машиностроение», серия: Инновационные технологии жизненного цикла объектов жилищно-гражданского, промышленного и транспортного назначения. - Днепропетровск: ПГАСА. - 2008. - Вип. 47. - С. 40 - 52.

25. Банніков Д. О. Експериментальні дослідження статичної поведінки сипучого середовища в ємнісній конструкції / Д. О. Банніков // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2009. - Вип. 26. - С. 103 - 111.

26. Банников Д. О. Особенности классификации емкостных конструкций для сыпучих материалов / Д. О. Банников // Вісник ОГАСА. - Одеса: Зовнішрекламсервіс. - 2009. - Вип. 33. - С. 12 - 17.

27. Банніков Д. О. Часткові теоретичні задачі роботи ребер жорсткості в ємнісних конструкціях / Д. О. Банніков // Вісник ДНУЗТ. - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2009. - Вип. 27. - С. 160 - 166.

28. Банников Д. О. Современные подходы к проектированию стальных емкостных конструкций / Д. О. Банников // Зб. наук. праць УкрНДПІСК. - К.: Сталь. - 2009. - Вип. 4. - С. 24 - 36.

29. Банніков Д. О. Інженерна методика проектування сталевих ємнісних конструкцій / Д. О. Банніков // Сб. научн. трудов «Строительство, материаловедение, машиностроение», серия: Инновационные технологии жизненного цикла объектов жилищно-гражданского, промышленного и транспортного назначения. - Днепропетровск: ПГАСА. - 2009. - Вип. 50. - С. 32 - 43.

30. Декл. пат. 69817 А Україна, МПК⁷ Е 04 Н 7/30. Металева ємність для сипучих матеріалів із окремих панелей / Банніков Д. О., Казакевич М. І.; заявитель и патентообладатель Дніпропетр. нац. унів-т залізнич. трансп ім. акад. В. Лазаряна. - № 200331211224; заявл. 09.12.03; опубл. 15.09.04, Бюл. № 9. (Розробка нового конструктивного рішення).

31. Декл. пат. 70576 А Україна, МПК⁷ Е 04 Н 7/30. Вузол з'єднання стінових панелей металевих ємностей для сипучих матеріалів / Банніков Д. О., Казакевич М. І.; заявитель и патентообладатель Дніпропетр. нац. унів-т залізнич. трансп ім. акад. В. Лазаряна. - № 20031211267; заявл. 09.12.03; опубл. 15.10.04, Бюл. № 10. (Розробка нового конструктивного рішення).

32. Декл. пат. 70577 А Україна, МПК⁷ Е 04 Н 7/30. Вузол кріплення футерівки металевих ємностей для сипучих матеріалів / Банніков Д. О., Казакевич М. І.; заявитель и патентообладатель Дніпропетр. нац. унів-т залізнич. трансп ім. акад. В. Лазаряна. - № 20031211268; заявл. 09.12.03; опубл. 15.10.04, Бюл. № 10. (Розробка нового конструктивного рішення).

33. Банников Д. О. Руководство по проектированию вертикальных стальных емкостных конструкций для сыпучих материалов / Д. О. Банников. - Днепропетровск: Новая идеология, 2009. - 56 с.

34. Bannikov D. O. Degree of Wall Joint Work Together with Stiffening Rib in Steel Bunker / D. O. Bannikov, M. I. Kazakevitch // Proc. of third Int. Conf. on Thin-Walled Structures “Advances and Developments”. - Krakow: Elsevier. - 2001. - P. 619 - 621. (Вибір методу досліджень, проведення досліджень і аналіз результатів).

35. Банников Д. О. Формообразование жесткого стального бункера / Д. О. Банников // Мат-ли V міжнар. науково-практ. конф. «Динаміка наукових досліджень». - Дніпропетровськ: Наука і освіта. - 2002. - Том 2. - С. 3 - 4.

36. Банников Д. О. Анализ вопроса проектирования стальных бункеров / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Тез. докл. межд. конф. «Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса». - Гомель: БелГУТ. - 2003. - Ч. 1. - С. 231 - 233. (Формулювання та розробка основних проблемних питань сучасної концепції проектування сталевих ємнісних конструкцій).

37. Банников Д. О. Современное состояние вопроса проектирования стальных бункеров / Д. О. Банников, М. И. Казакевич, А. А. Тарнопольский // Сб. докладов VIII Укр. научно-технич. конф. «Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее». - К.: Сталь. - 2004. - Ч. 1 - С. 282 -288. (Формулювання та розробка основних проблемних питань сучасної концепції проектування сталевих ємнісних конструкцій).

38. Банников Д. О. Форма бункера - как один из факторов повышения его эксплуатационных качеств / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Сб. докладов VIII Укр. научно-технич. конф. «Металлические конструкции: взгляд в прошлое и будущее». - К.: Сталь. - 2004. - Ч. 2. - С. 55 - 61. (Розробка напряму геометричного формоутворення ємнісних конструкцій).

39. Банников Д. О. Повышение коррозионной стойкости стальных емкостных конструкций / Д. О. Банников // Тез. 65 Міжнар. наук.-практ. конф. «Проблеми і перспективи розвитку залізничного транспорту». - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2005. - С. 248 - 249.

40. Банников Д. О. Применяемые методики расчета давления сыпучего материала в емкостных конструкциях / Д. О. Банников, М. И. Казакевич // Тез. доп. V Міжнар. наук.-техн. конф. «Будівельні металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку». - К.: Сталь. - 2006. - С. 14 - 15. (Аналіз та співставлення існуючих методик розрахунку тиску сипучого матеріалу в ємнісних конструкціях).

41. Банников Д. О. Оптимизация геометрической формы ступенчатой оболочки вращения / Д. О. Банников // Тез. VIII Міжнар. молодіжн. наук.-практ. конф. «Людина і космос». - Дніпропетровськ: НЦАОМУ. - 2006. - С. 226.

42. Банников Д. О. Стальные емкостные конструкции из панелей / Д. О. Банников // Тез. 66 Міжнар. наук.-практ. конф. «Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту». - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2006. -С. 261 - 262.

43. Банников Д. О. Давление сыпучей среды в емкостях переменного сечения / Д. О. Банников // Тез. 67 Міжнар. наук. конф. «Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту». - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2007. - С. 274 - 275.

44. Банников Д. О. Модельные исследования статического поведения сыпучей среды в емкостных конструкциях / Д. О. Банников // Тез. докладов коллокв. «Расчет и проектирование пространственных большепролетных конструкций». - Киев. - 2007. - С. 47 - 50.

45. Банніков Д. О. Вага сипучого матеріалу та її тиск на стінки ємності / Д. О. Банніков // Тез. 68 Міжнар. наук.-практ. конф. «Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту». - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2008. - С. 124.

46. Банніков Д. О. Експериментальні дослідження тиску сипучого матеріалу в сталевих ємнісних конструкціях / Д. О. Банніков // Зб. доповідей IX Укр. науково-техніч. конф. “Металеві конструкції: сьогодення та перспективи розвитку”. - К. - 2008. - С. 62 - 63.

47. Банников Д. О. Панельная конструктивная схема стальных емкостных конструкций для сыпучих материалов / Д. О. Банников // Мат-лы II междунар. науч.-практ. конф. «Проблемы и перспективы развития транспортных систем и строительного комплекса». - Гомель. - 2008. - С. 219.

48. Банніков Д. О. Практична методика проектування сталевих ємнісних конструкцій для сипучих матеріалів / Д. О. Банніков // Тез. 69 Міжнар. наук.-практ. конф. «Проблеми та перспективи розвитку залізничного транспорту». - Дніпропетровськ: ДНУЗТ. - 2009. - С. 185 - 186.

49. Банников Д. О. Выбор оптимальной внешней формы емкостных строительных конструкций / Д. О. Банников // Зб. доповідей Міжнар. наук. конф. “Математичні проблеми технічної механіки - 2009”. - Дніпродзержинськ - Дніпропетровськ. - 2009. - С. 171 - 173.

Размещено на Allbest.ru