6 Навантаження на воронки і

днища бункерів


Section 6 Loads on silo hoppers and

silo bottoms


6.1 Загальні положення


6.1 General


6.1.1 Фізичні характеристики


6.1.1 Physical properties


(1)Р Характеристичні значення навантажень від заповнення і при вивантаженні які визначені даним розділом, необхідно застосовувати для наступних типів нижньої частини бункера:


(1) P The characteristic values of the filling and discharge loads on silo bottoms, which are prescribed in this section for the following types of silo, shall be used:


– плоскі днища;


- flat bottoms;


– круті воронки;


-steep hoppers;


– пологі воронки.



- shallow hoppers.




Half angle of hopper (degrees)


Роз’яснення


Key


1

полога воронка


1

Shallow


2

крута воронка


2

Steep


половина кута вершини воронки


Hopper apex half angle (degrees)


нижнє характеристичне значення коефіцієнта тертя о стінки воронки


Lower characteristic value of hopper wall friction coefficient


нижнє характеристичне значення коефіцієнта бокового тиску на вертикальні стінки


Lower characteristic value of lateral pressure ratio on vertical walls


Рисунок 6.1 – Межа між крутою і пологою воронкою


Figure 6.1: The boundary between steep and shallow hoppers




(2)Р Навантаження на стінки воронок бункера необхідно визначати з урахуванням нахилу стінок воронки відповідно з наступною класифікацією:


(2) P The loads on the walls of silo hoppers shall be evaluated according to the steepness of the hopper determined according to the following classes;


– кут нахилу плоского днища до горизонтальної площини повинен становити менше 5 ;


– a flat bottom shall have an inclination to the horizontal less than 5°;


– похилою воронкою необхідно вважати воронку, яка не є плоскою або крутою;


– a shallow hopper shall be any hopper not classified as either flat or steep;


– крутою воронкою необхідно вважати воронку, для якої виконується наступний критерій (див. рисунки 6.1 і 6.2):


– a steep hopper shall be any hopper that satisfies the following criterion (see Figures 6.1 and 6.2);


(5.101)


де


where:

нижнє характеристичне значення коефіцієнта бокового тиску на вертикальні стінки;


is the lower characteristic value of the lateral pressure ratio on the vertical walls;


половина кута вершини воронки;


is the hopper apex half angle;


нижнє характеристичне значення коефіцієнта тертя об стінки воронки.


is the lower characteristic value of wall friction coefficient in the hopper.


Примітка. Крутою є воронка, в якій сипучий матеріал ковзає вздовж при похилих стінках воронки при заповненому бункері, а матеріал вище воронки знаходиться в консолідованому стані. У цьому випадку дотичний тиск тертя визначається нормальним тиском і коефіцієнтом тертя об стінки (повністю реалізоване тертя об стінки). У пологої воронці матеріал не ковзає вздовж стінки воронки при заповненому бункері (нахил занадто малий або тертя занадто велике). У цьому випадку дотичний тиск тертя вже не визначається нормальним тиском і коефіцієнтом тертя об стінки, а має більш низьке значення, яке залежить від кута нахилу стінок і напруженого стану в матеріалі (не повністю реалізоване тертя). Стисливість матеріалу також відіграє роль у цій відмінності, але не таку істотну. Перехід між крутими і пологими воронками є плавним, тобто якщо воронка знаходиться на межі, то тиски в ній будуть однаковими незалежно від типу (тертя об стінки майже повністю реалізоване).



NOTE: A sleep hopper is one in which the solid slides down the inclined hopper wall when the silo is filled and the solid above the hopper causes it to be consolidated. The wall frictional shear stress or traction is then related to the normal pressure on the hopper by the wall friction coefficient (fully mobilized wall friction). A shallow hopper is one in which the solid does not slide down the inclined hopper wall when the silo is filled (the slope is too low or the friction too high). The wall frictional shear stress or traction is then not related to the normal pressure on the hopper by the wall friction coefficient, but by a lower value, which depends on the hopper slope and the stress state in the solid (wall friction not fully mobilized). The compressibility of the solid also plays a role in this distinction, hut it is less important. The boundary between steep and shallow hoppers is smooth, with the same pressures applied to a hopper that is at the boundary whether it is in either category (wall friction just fully mobilized).


6.1.2 Загальні правила


6.1.2 General rules


(1) Для розрахунку розподілу тисків на стінку воронки існують два методи. Основний метод зазначений у 6.1.2, альтернативний метод наводиться в додатку G.


(1) For the calculation of pressures on hopper walls two methods are given. The reference method is given in this clause (6.1.2), and the alternative method is given in Annex G.



Роз’яснення


Key


1

крута воронка


1

Steep


2

полога воронка


2

Shallow


Рисунок 6.2 – Розподіл тиску від заповнення в крутій і пологій воронці


Figure 6.2: Distributions of filling pressures in steep and shallow hoppers


(2) Середній вертикальний тиск в точці переходу між вертикальним стволом і воронкою або днищем бункера повинен визначатися за формулою


(2) The mean vertical pressure at the transition between the vertical walled segment and the hopper or on the silo bottom should be determined as:


(6.2)


де


where:


вертикальний тиск від заповнення, що визначається за формулами (5.3) або (5.79) в залежності від гнучкості бункера, з координатою , що дорівнює висоті вертикальної стінки (тобто в точці переходу, див. рисунок 1.1, а), і з параметрами матеріалу, при яких виникають максимальні навантаження на воронку (див. таблицю 3.1);


is the filling value of the vertical pressure calculated using Expression (5.3) or (5.79) according to the slenderness of the silo, with the coordinate equal to the height of the vertical wall (i.e. at the transition: sec Figure 1.1a) and using the values of solids properties that induce maximum hopper loading (see Table 3.1);


коефіцієнт збільшення навантаження в основі для урахування того, що більш високі вертикальні навантаження від ствола бункера можуть передаватися на воронку або днище.


is a bottom load magnifier to account for the possibility of larger loads being transferred to the hopper or bottom from the vertical walled segment.


(3) Для бункерів класів впливів 2 і 3 коефіцієнт збільшення навантаження на основу повинні прийматися як:


(3) For silos in Action Assessment Classes 2 and 3, the bottom load magnifier should be determined as:


(6.3)


(4) Для бункерів класу впливів 1, якщо середні значення параметрів матеріалу і використовуються при розрахунку, коефіцієнт збільшення навантаження на днище повинен визначатися за формулою:


(4) For silos in Action Assessment Class 1 where the mean value of the material properties and have been used for design, the bottom load magnifier should be determined as:


(6.4)


(5) Якщо існує висока ймовірність появи умов для динамічних навантажень від матеріалу що зберігається, то більш високі навантаження прикладаються до воронки чи днища. Ці умови виникають, якщо:


(5) Where there is a significant probability that the stored solid can develop dynamic loading conditions, higher loads are applied to the hopper or silo bottom. These conditions should be assumed to occur if either:


– бункер з гнучким вертикальним стволом використовується для зберігання матеріалів, які не можуть бути класифіковані як такі, що мають низьке зчеплення (див. 1.5.23),


– a silo with a slender vertical walled section is used to store solids that cannot be classed as of low cohesion (see 1.5.23);


– якщо зберігається матеріал схильний до механічного скріплення часток (наприклад, цементний клінкер).


– the stored solid is identified as susceptible to mechanical interlocking (e.g. cement clinker).


Примітка. Визначення зчеплення сипкого матеріалу дається в С.9. Зчеплення класифікується як низьке, якщо після ущільнення сипкого матеріалу при рівні напруг воно не перевищує значення (див. 1.5.23).


NOTE: The evaluation of the cohesion c of a solid is given in C.9. The cohesion is classed as low if, following consolidation to a normal stress level the assessed cohesion c does not exceed dot – 0,04 (see 1.5.23).


(6) Якщо виконуються умови (5), більш високі навантаження на воронку або днище бункера слід визначати з використанням коефіцієнта збільшення навантаження в основі, який приймається як:


(6) Where conditions of (5) are met, the higher loads on the hopper or silo bottom should be determined using the bottom load magnifier , which should be taken as:


– для класів впливів 2 і 3:


for Action Assessment Classes 2 and 3


(6.5)


– для класу впливів 1:


for Action Assessment Class 1


(6.6)


(7) Для кожної умови навантаження, середній вертикальний тиск на висоті над вершиною воронки (див. рисунок 6.2) слід визначати за формулою:


(7) For each condition in a hopper, the mean vertical stress in the solid at height above the apex of the hopper (see Figure 6.2) should be determined as:


(6.7)


де


in which:


(6.8)


для конічних і квадратних пірамідальних воронок;


for conical and square pyramidal hoppers


(6.9)


для клиноподібних воронок;


for wedge hoppers


(6.10)


для прямокутних воронок;


for hoppers of rectangular planform


(6.11)


де


where:


верхнє характеристичне значення питомої ваги матеріалу;


is the upper characteristic value of the solid unit weight;


вертикальна відстань між вершиною воронки і точкою переходу (див. рисунок 6.2);


is the vertical height between the hopper apex and the transition (see Figure 6.2);


вертикальна координата вгору від вершини воронки (див. рисунок 6.2);


is the vertical coordinate upwards from hopper apex (see Figure 6.2);


ефективний або реалізований характеристичний коефіцієнт тертя об стінки воронки (формула (6.16) або (6.26);


is the effective or mobilized characteristic wall friction coefficient for the hopper (Expressions (6.16) and (6.26) as appropriate);


коефіцієнт форми воронки;


is a hopper shape coefficient;


характеристичне значення відношення тиску в воронці (формула (6.17), (6.21) або (6.27);


is the characteristic value of the hopper pressure ratio (Expressions (6.17), (6.21) or (6.27) as appropriate);


половина кута в вершині воронки ( ) або найбільш кутий нахил квадратної або прямокутної пірамідальної воронки


is the hopper apex half angle (), or the steepest slope on a square or rectangular pyramidal hopper;


середній вертикальний тиск в матеріалі в точці переходу після заповнення (формула (6.2).


is the mean vertical stress in the solid at the transition after filling (Expression (6.2);


довжина прямокутного поперечного перерізу (див. рисунок 1.1, d);


is the length of a rectangular planform (see Figure l.ld);


ширина прямокутного поперечного перерізу ( (див. рисунок 1.1, d);


is the width of a rectangular planform (see Figure l.ld).


(8) При визначенні відношення тиску в воронці слід враховувати, чи є воронка крутою або пологою, а також вид обчислюваних навантажень – від заповнення або при вивантаженні. Відповідні значення повинні визначатися за 6.3 і 6.4.


(8) The determination of the value of the hopper pressure ratio should take account of whether the hopper is steep or shallow and whether filling or discharge loads are being evaluated. Appropriate values of should be taken from 6.3 and 6.4.


(9) При визначенні значення ефективного або реалізованого коефіцієнтів тертя об стінку воронки слід враховувати, чи є воронка крутою або пологою. Відповідні значення повинні визначатися за 6.3 і 6.4.



(9) The determination of the value of the effective or mobilized hopper wall friction coefficient should take account of whether the hopper is steep or shallow. Appropriate values should be taken from 6.3 and 6.4.



6.2 Плоскі днища


6.2 Flat bottoms


6.2.1 Вертикальні тиски на плоскі днища

в гнучких бункерах


6.2.1 Vertical pressures on flat bottoms

in slender silos


(1) Вертикальний тиск на плоске днище (нахил ) допускається приймати рівномірним, за винятком бункерів малої або проміжної гнучкості. У цих випадках слід використовувати 6.2.2.


(1) The vertical pressure acting on a flat bottom (inclination ) may be taken as uniform, except when the silo is squat or of intermediate slenderness. For these cases, 6.2.2 should be used.


(2) Вертикальний тиск на плоске днище слід визначати за формулою:


(2) The vertical pressure acting on a flat bottom should be determined as:


(6.12)


де


where:


– розраховується за формулою (6.2).


is obtained from Expression (6.2).


(3) Вертикальний тиск на плоске днище бункера при вивантаженні слід приймати таким же, як і вертикальний тиск після закінчення заповнення.



(3) The vertical pressure acting on a flat bottom during discharge should be taken as identical to the vertical pressure at the end of filling.



6.2.2 Вертикальні тиски на плоскі днища

в бункерах малої або проміжної гнучкості


6.2.2 Vertical pressures on flat bottoms

in squat and intermediate silos


(1) Слід враховувати можливість того, що тиск, більш високий, ніж визначено по 6.1 (див. формула (6.2), може діяти локально на днище бункерів малої або проміжної гнучкості.


(1) The potential that pressures higher than those defined in 6.1 (see Expression (6.2) may occur locally on the flat bottom of a squat or intermediate slenderness silo should be considered.


(2) Вертикальний тиск на плоске днище бункерів малої або проміжної гнучкості допускається визначати за формулою:


(2) The vertical pressure acting on the flat bottom of a squat or intermediate slenderness silo may be taken as:


(6.13)


де


in which:


(6.14)


(6.15)


де


where:


рівномірна складова вертикального тиску, що визначається за формулою (6.2) при і з використанням характеристичних значень параметрів матеріалу, які викликають максимальні навантаження на воронку (див. таблицю 3.1);


is the uniform component of vertical pressure, obtained from Expression (6.2) with and adopting characteristic values for the solid's properties that induce maximum hopper loading (see Table 3.1);


вертикальний тиск по Янссену в основі насипного конуса за формулою (5.79) при


is the Janssen vertical pressure at the base of the top pile, obtained from Expression (5.79) with ;


відстань між еквівалентною поверхнею матеріалу і основою насипного конуса, тобто найнижчою точкою стінки, яка не контактує з матеріалом що зберігається (див. рисунок 6.3);


is the depth below the equivalent surface of the base of the top pile, defined as the lowest point on the wall that is not in contact with the stored solid (see Figure 6.3);


загальна висота насипного конуса, що визначається як вертикальна відстань між вершиною матеріалу що зберігається і найнижчою точкою стінки, яка не контактує з матеріалом що зберігається (див. рисунок 6.3);


is the total height of the top pile, defined as the vertical distance from lowest point on the wall that is not in contact with the stored solid to the highest stored particle (see Figure 6.3);


відстань від еквівалентної поверхні сипкого матеріалу до днища бункера.


is the depth of the silo base below the equivalent surface.


Примітка. Наведене вище правило забезпечує лінійний перехід від тиску на основу по рівнянню Янссена для гнучкого бункера ) до тиску для умови, коли весь матеріал має форму купи , і не контактує з вертикальною стінкою. Останнє має більше значення, ніж максимальний тиск під купою сипкого матеріалу, але цей результат дає просту консервативну оцінку.



NOTE: The above rule provides a linear transition between the base pressure defined by the Janssen equation for a silo that is just slender, , and the pressure for the condition where the solids in the silo are only in the form of a heap with no contact with the vertical wall. The latter is greater than the true maximum pressure beneath a pile of particulate solid, but the result gives a simple conservative estimate.



Роз’яснення


Key


1 Еквівалентна поверхня


1 Equivalent surface


2 Найнижча точка стінки без контакту з матеріалом


2 Lowest point without solid contact


Рисунок 6.3 – Навантаження на днище в бункерах малої або проміжної гнучкості


Figure 6.3: Pressures on the bottom of a squat or intermediate silo


(3) Вертикальний тиск за формулою (6.13) допускається приймати діючим як після заповнення, так і в процесі вивантаження.


(3) The vertical pressure given in Expression (6.13) may be taken to act both after filling and during discharge.


(4) Значення за формулою (6.13) відповідає вертикальному тиску біля центру днища бункера. Якщо обпирання днища є нерівномірним, необхідно використовувати раціональні методи розрахунку для визначення варіацій тиску.



(4) The value of given by Expression (6.13) represents the vertical pressure near the centre of the silo floor. Where support of the floor slab is not uniform, a rational analysis should be used to determine the floor pressure variation.



6.3 Круті воронки


6.3 Steep hoppers


6.3.1 Реалізоване тертя


6.3.1 Mobilized friction


(1) Для умов заповнення і вивантаження ефективне або реалізоване тертя о стінки в формулі (6.8) повинні визначатися за формулою


(1) For both filling and discharge conditions, the effective or mobilized wall friction coefficient in Expression (6.8) should be taken as


(6.16)


де


where:


нижнє характеристичне значення кута тертя об стінки воронки.



is the lower characteristic value of wall friction coefficient in the hopper.



6.3.2 Навантаження від заповнення


6.3.2 Filling loads


(1) В умовах заповнення середній вертикальний тиск на будь-якому рівні крутої воронки слід визначати за формулами (6.7) і (6.8) з параметром , який визначається за формулою:


(1) Under tilling conditions, the mean vertical stress in the stored solid at any level in a steep hopper should be determined using Expressions (6.7) and (6.8), with the value of the parameter given by with as:


(6.17)


Параметр у формулі (6.8) розраховується за формулою


The parameter (see Expression (6.8) is then given by:


(6.18)


де


where:


– емпіричний коефіцієнт, .



is an empirical coefficient: .


Інші параметри визначаються за 6.1.2 (6).


The other parameters are defined in 6.1.2 (6).


(2) Нормальний тиск , і дотичний тиск тертя в будь-якій точці стінки крутої воронки після заповнення (див. рисунок 6.2) слід визначати за формулами:


(2) The normal pressure and frictional traction at any point on the wall of a steep hopper after filling (see Figure 6.2) should be determined as:


(6.19)


(6.20)


де – визначається за формулою (6.17).



where is given by Expression (6.17).



6.3.3 Навантаження при вивантаженні


6.3.3 Discharge loads


(1) В умовах вивантаження середній вертикальний тиск в матеріалі на будь-якому рівні крутої воронки слід визначати за формулами (6.7) і (6.8) з параметром .


(1) Under discharge conditions, the mean vertical stress in the stored solid at any level in a steep hopper should be determined using Expressions (6.7) and (6.8), with the value of the parameter given by .


(2) Значення допускається розраховувати з використанням основного методу за формулою (6.21) або альтернативним методом по G.10:


(2) The value of may be calculated either by using the reference method given in Expression (6.21), or by the alternative method given in G.10:


(6.21)


де


in which:


(6.22)


(6.23)


де


where:


нижнє характеристичне значення коефіцієнта тертя об стінки воронки;


is the lower characteristic value of wall friction coefficient in the hopper;


кут внутрішнього тертя матеріалу що зберігається.


is the angle of internal friction of the stored solid.


Примітка 1. Слід зазначити, що завжди , так як матеріал буде розриватися усередині, якщо ковзання матеріалу при контакті зі стінкою потребує більше напруження зсуву, ніж може забезпечити внутрішнє тертя.


NOTE 1: It should be noted that always, since the material will rupture internally if slip at the wall contact demands a greater shear stress than the internal friction can sustain.


Примітка 2. Наведена вище формула (6.21) для ґрунтується на простій теорії Валькера для тисків при вивантаженнях. Також можна використовувати альтернативну формулу Енстада для , наведену в G.10.


NOTE 2: The ahove Expression (6.21) for is based on the simple theory of Walker for discharge pressures. The alternative expression of Enstad for set out in G.10, may alternatively be used.


(3) Нормальний тиск , і дотичний тиск тертя в кожній точці стінки крутої воронки при розвантаженні слід визначати за формулами:


(3) The normal pressure and frictional traction (see Figure 6.4) at any point on the wall of a steep hopper during discharge should he determined as:


(6.24)


(6.25)


при цьому визначається по (2).



where is obtained as defined in (2).




Роз’яснення


Key


1 Крута воронка


1 Steep


2 Полога воронка


2 Shallow


Рисунок 6.4 – Розподіл тисків при вивантаженні в крутій і пологій воронках


Figure 6.4: Discharge pressures in sleep and shallow hoppers



6.4 Пологі воронки


6.4 Shallow hoppers


6.4.1 Мобілізоване тертя


6.4.1 Mobilized friction


(1) В пологій воронці тертя об стінки реалізується не повністю. Реалізований або ефективний коефіцієнт тертя об стінки визначається за формулою:


(1) In a shallow hopper, the wall friction is not fully mobilized. The mobilized or effective wall friction coefficient should be determined as:


(6.26)


де


where:


нижнє характеристичне значення коефіцієнта бокового тиску для вертикального ствола (див. таблицю 3.1);


is the lower characteristic value of lateral pressure ratio for the vertical section (see table 3.1);


половина кута вершини воронки (див. рисунок 6.2).





is the half angle of the hopper (see Figure 6.2).



6.4.2 Навантаження від заповнення


6.4.2 Filling loads


(1) В умовах заповнення середній вертикальний тиск в матеріалі що зберігається на будь-якому рівні пологої воронки слід визначати за формулами (6.7) і (6.8) з параметром , який визначається як:


(1) Under filling conditions, the mean vertical stress in the stored solid at any level of a shallow hopper should be determined using Expressions (6.7) and (6.8), with the value of the parameter given by:


(6.27)


Параметр у формулі (6.8) розраховується за формулою


The parameter (see Expression (6.8) is then given by:


(6.28)


де


where:


реалізований чи ефективний коефіцієнт тертя об стінки пологої воронки за формулою (6.26);


is the mobilized or effective wall friction coefficient in the shallow hopper (see Expression (6.26);


емпіричний коефіцієнт, .


is an empirical coefficient: .


Інші параметри визначаються за 6.1.2 (6).



The other parameters are defined in 6.1.2 (6).


(2) Нормальний тиск , і дотичний тиск тертя в кожній точці стінки пологої воронки після заповнення слід визначати за формулами:


(2) The normal pressure and frictional traction at any point on the wall of a shallow hopper after filling (see Figure 6.2) should be determined as:


(6.29)


(6.30)


де


where:


– визначається за формулою (6.27).



is given by Expression (6.27).



6.4.3 Навантаження при вивантаженні


6.4.3 Discharge loads


(1) У пологих воронках в умовах вивантаження (див. рисунок 6.4) нормальний тиск і дотичний тиск тертя допускається приймати такими ж, як і від заповнення (див. 6.4.2).



(1) In shallow hoppers under discharge conditions (see Figure 6.4), the normal pressure and frictional traction may be taken as identical to the values on filling (see 6.4.2).



6.5 Воронки в бункерах, що містять матеріал зі змішаним повітрям


6.5 Hoppers in silos containing solids with entrained air


(1) Р воронки в яких знаходиться матеріал в цілому або частково в псевдозрідженому стані внаслідок змішування з повітрям, необхідно розраховувати на додатковий тиск, що виникає від псевдозрідження і тиску повітря.


(1)P Hoppers in which it is possible for the stored solid to be fully or partially fluidized as a consequence of the entrainment of air shall be designed for the additional pressures that may arise due to fluidization and air pressure.


(2) Розрахункові тиски повинні визначатися за 5.5.2 без тиску тертя об стінки воронки.



(2) The design pressures should be evaluated as defined in 5.5.2 with no frictional traction on the hopper wall.