OCENA WYTRZYMAŁOŚCI I PROPOZYCJA WZMOCNIENIA STALOWEGO SILOSU NA POPIÓŁ LOTNY

Zadanie polegało na analizie stanu wytężenia stalowego silosu na popiół lotny, oraz na wykonaniu wzmocnienia przy pomocy sprężenia (ang. Prestress). Dobrano właściwe obciążenia w silosie na popiół oraz ukazano pewne niejasności normy PN-EN 1991–4:2008 z tym związane. W pracy pokazano także jak różni się wytężenie silosu jeśli rozważy się obciążenie jak dla ośrodka sypkiego, a jakie dla ośrodka napowietrzonego, co ma miejsce w przypadku omawianego silosu.

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, która nakazuje zawsze przyjmować maksymalną wartość. Ponieważ popiół jest napowietrzony, zachowuje się on bardziej jak ciecz, niż ośrodek sypki. Wtedy zbiornik obciążony jest ciśnieniem hydrostatycznym.

Pierwszym krokiem była ocena stanu wytężenia konstrukcji przy częściowym napełnieniu, aby określić warunki doraźnej eksploatacji obiektu. Było to szczególnie istotne, ponieważ przestoje w pracy silosów byłyby bardzo uciążliwe i kosztowne dla elektrowni. Drugim celem było ustalenie stanu wytężenia przy pełnym załadunku i ustalenie czy i jaki zakres wzmocnień jest konieczny. Ostatecznie uznano, że należy wykonać wzmocnienia, ale nie w tak dużym zakresie, jak początkowo sądzono. Starano się też, aby wzmocnienie nie dotyczyło powłoki walcowej, gdyż wymagałoby to kosztownego demontażu izolacji. Ostatnim krokiem było zaprojektowanie wzmocnienia rusztu wsporczego na którym opiera się silos, tak aby ograniczyć koszty i maksymalnie ułatwić wykonanie.Do zadań autora należało dobranie obciążeń właściwych dla silosu z nietypową geometrią leja, ustalenie jak zachowuje się popiół lotny w trakcie napełniania, składowania i opróżniania. Następnym zadaniem było wykonanie obliczeń MES niewzmocnionego silosu w programie ANSYS, a później obliczenia po wykonaniu wzmocnień. Równolegle wykonano obliczenia MES oraz analityczne dla płyty fundamentowej, aby sprawdzić czy dochodzi do zarysowania betonu i czy konieczne jest wzmocnienie belki fundamentowej. Ostatnią czynnością był udział przy wykonywaniu dokumentacji technicznej wzmocnienia konstrukcji rusztu wsporczego.

O autorze
mgr inż. Tadeusz Zwoliński, absolwent Wydziału Inżynierii Lądowej Politechniki Warszawskiej. Laureat konkursu najlepszych prac dyplomowych organizowany pod patronatem Mazowieckiej Okręgowej Izby Inżynierów Budownictwa. Członek Koła Naukowego Konstrukcji Metalowych, prelegent konferencji naukowej „Konstruktor” 2019, współautor kilku zgłoszeń patentowych. Aktualnie prowadzi własną działalność zajmującą się doradztwem konstrukcyjnym, a jego główny obszar zainteresowań to budownictwo przemysłowe i obliczenia MES.