2017506933

Rys. 1 Geometria silosu

5_10_16_20_26

Rys. 3 Rozkład gęstości w funkcji wysokości

Politechnika Warszawska

Wydział Inżynierii Lądowej

Temat pracy: Ocena wytrzymałości i propozycja wzmocnienia stalowego silosu na popiół lotny

Opis obiektu

Przedmiotem pracy dyplomowej są dwa stalowe zbiorniki Centralnej Stacji Załadunku Popiołu w Elektrowni Opole. Obiekty powstały w ramach rozbudowy elektrowni w roku 2016. Niniejsze obiekty służą do retencji napowietrzonego popiołu na czas rozładunku i załadunku cystern kolejowych i samochodowych. Każdy silos ma użytkową pojemność 2000m³, średnicę 12m i wysokość 23m.

Dobór obciążeń

Początkowo silos analizowano z rozkładem obciążeń jak dla ośrodka sypkiego zgodnie z PN-EN 1991-4. Trudność stanowił dobór obciążeń leja o nietypowej geometrii (dwa kąty nachylenia stożka), której nie uwzględnia norma. Z tego powodu, oraz pewnych niejasności zapisów normy, wielu ekspertów przyjmowało mocno zawyżone obciążenie, które po scałkowaniu i zrzutowaniu na kierunek pionowy znacznie przekraczało łączny ciężar popiołu. Oczywistym jest, że składowany ośrodek nie może generować obciążeń przekraczających jego całkowity ciężar (bez nadwyżek dynamicznych). W pracy zaproponowano korektę obciążenia leja, które spełnia równanie równowagi. Na potrzeby analiz, wyliczono też rzeczywisty rozkład gęstości popiołu w funkcji wysokości, czego nie uwzględnia norma. Ponieważ popiół jest napowietrzony, zachowuje się on bardziej jak ciecz, niż ośrodek sypki. Wtedy zbiornik obciążony jest ciśnieniem hydrostatycznym.

I AS.* kta
I ^A 1	ir
-•• \
M.1 tPt - **-*
;n > kr* '	B	B
	^X3ł tfi	31

Rys. 2 Korekcyjne obciążenie leja dla ośrodka sypkiego

Rozkład gęslosci w funkcji wysokości

Stup gt&wny /

Rys.4 Konstrukcja rusztu wsporczego

Silos bez wzmocnień

Silos opierał się na ruszcie wsporczym w 8 punktach, ale efektywne poparcie zapewniały tylko 4 słupy główne, gdyż podatne belki przenosiły jedynie 5% obciążeń pionowych (Rys.4). Przy takim podparciu występuje utrata stateczności powłoki walcowej nad czterema słupami głównymi.

Obliczenia MES: bez wzmocnień

Wykonano model 3D w programie ANSYS, przy pomocy elementów typu SHELL 181. Zadano imperfekcje geometryczne wynikające z obmiaru geodezyjnego. Pierwszą postać deformacji sprężystej przeskalowano tak, że w miejscu największej fali zadano największe przemieszczenie wynikające z obmiaru. Przyjęto model materiału bez umocnienia. Wykonano pełną analizę GMNIA (geometrycznie i materiałowo nieliniowa analiza z imperfekcjami).

Rys. 5 Pierwsza postać wyboczenia sprężystego    Rys. 6 Naprężenia zredukowane

Wzmocnienie

Główną ideą tego wzmocnienia jest zwiększenie ilości efektywnych punktów podparcia przez zastosowanie podkładek dystansowych (ang. prestress). Jako punkty podparcia wykorzystano istniejące już belki rusztu wsporczego. Belki zostały zdemontowane i wzmocnione. Dodano także zastrzały przy słupach głównych. Takie modyfikacje zwiększyły sztywność i nośność rusztu, a prestress radykalnie zwiększył siły podporowe na podatnych belkach. Analiza sztywnościowa silosu i rusztu wsporczego pozwoliła dobrać odpowiednią grubość (ok. 5mm) podkładek dystansowych. Dzięki temu każdy z dodatkowych czterech punktów podparcia przenosił ponad 2000 kN, blisko cztery razy więcej niż przed modyfikacją.

			:		i

i

U734HUx

I.S14M

5.13 U 5.2191 13.4T7 1?,«4 JU5J 26.33*

34.414

W,<02

u>,w

51.1(4 5IŁ352 Min

MiGMNIA

Oirtcooewł Pttormraon

"ypf-    A>»i>

Unit trm

OlobM Coort««t« Syrtłir.

ImNS M22S

2MMM12I-U

Rys.9 Przemieszczenia pionowe zbiornika

tt

Owtrionil DtfctrratiMt 2

L‘Ani) ll-.t mm

'i «b * Cu6'Jii«ł« Syifem Time I

2119-07-2J 1941

Rys. 10 Przemieszczenia pionowe rusztu wsporczego

Obliczenia MES

po wzmocnieniu

I MnńMti

«.wr

Rys. 11 Naprężenia zredukowane

Rys. 12 Odkształcenia plastyczne w pierwszym cyklu obciążenia

wMo spr$ap

Punkt- podporcio no slupie głównym Os stupo głównego

Pierścień obwodowy silosu Wzmocniono belko podporowo

Rys. 13 Zdjęcie zbiorników z zewnątrz

Rys. 7 Wzmocnienia rusztu wsporczego

Wnioski

Zapisy normowe potrafią być niejasne i mogą prowadzić do zawyżania obciążeń. Należy sprawdzać czy spełnione są równania równowagi. Składowany ośrodek nie może generować obciążeń pionowych przekraczających jego całkowity ciężar (bez nadwyżek dynamicznych).

Modyfikacja zwiększyła nośność konstrukcji o 14%, kosztem kilku procent dodatkowej masy materiału. Siły reakcji w belkach rusztu wzrosły dzięki metodzie prestress blisko cztery razy. Wzmocnienie przy pomocy sprężenia pomaga kontrolować rozkład obciążeń w stanie granicznym. Wykonane wzmocnienie było wielokrotnie tańsze w wykonaniu niż rozwiązania proponowane przez innych projektantów i nie wymagało kosztownego demontażu izolacji powłoki walcowej.

Lokalna utrata stateczności nad podporą nie musi oznaczać awarii. Konstrukcja może dalej przenosić obciążenia jeżeli lej i pierścień obwodowy będą wystarczająco mocne, aby przenieść wszystkie siły pionowe. Wykazano, że lokalne uplastycznienie konstrukcji występuje tylko przy pierwszym cyklu obciążenia. W kolejnych cyklach konstrukcja pracuje sprężyście (zjawisko „shakedown").

Praca magisterska R A. 18/19 Promotor: dr inż. Maciej Cwyl Wykonał: inż. Tadeusz Zwoliński

Rys. 8 Schemat wyznaczania grubości podkładek dystansowych