بخشی از مقاله
خلاصه
در این مقاله، بهینهسازی طرح سیلوهایی با قطر زیاد و مقطع جداره کنگرهای ارائه گردیده، که در شرایط مساوی دارای : عملکرد سازهای و اقتصادی، مناسبتری نسبت به سیلوهای متداول استوانهای مدور تکی یا گروهی - چند سلولی - بوده و میتواند جایگزین آنها گردد.
این نوع سیلوها، از یک پلان مدور با جداره بتن مسلح، که از کنگرههایی متشکل از پاره قوسهای دایروی که در محل تقاطع خود به تیرستونهای قائم فولادی یا بتنی در تمام ارتفاع جداره سیلو متکی میباشند، تشکیل شدهاند. مؤلفه رانش حلقوی ناشیاز فشار داخلی مواد در انتهای کنگرهها، توسط کشهای فولادی ویا دورپیچهای کابلی که در فواصل مناسبی دورتادور سیلو قرار گرفتهاند مهار گردیده است.
استفاده از جداره با مقطع کنگرهای بهمراه پشتبندهای آن، موجب افزایش مقاومت خمشی و کمانش محلی جداره سیلو تحت فشارهای ناشیاز اصطکاک میگردد. همچنین قوسهای کنگرهای جداره از دو جهت - قائم و افقی - تحت تنشهای فشاری قرار گرفته، که موجب مسدود شدن ترکهای داخلی دیواره، ناشیاز : تنش، افتِ بتن و خزش، گردیده و یک دیواره خود آببند ایجاد میکند.
در پژوهش انجام شده نحوه مدلسازی سازه سیلوها و مخزنهای بتنی با مقطع جداره کنگرهای و طراحی آن در برابر بارهای وارده از قبلِی فشار مواد ذخیره شده و بارهای : مرده، زلزله و حرارتی، بررسی گردیده است. جهت بهینهیابی؛ فاصله مرکز سیلو تا مرکز قوسهای هر کنگره، تعداد، شعاع و ضخامت قوسهای کنگرهها و فواصل دورپیچها؛ بهعنوان متغییرهای اصلی و تابع هدف »نسبت هزینه ساخت سیلو بهازای واحد حجم ذخیره شده مواد« و قیود طراحی، آییننامهای و رفتاری نیز درنظر گرفته شدهاند. نتاجِی اولیه حاصل از این بررسی بیانگر آن است که، استفاده از سیلو با جداره کنگرهای دورپیچ شده، بهدلیل صرفهجوئیدر : مصالحِ ساخت، شالوده و فضای قابل بهرهبرداری، باعث گردیده که هزینه ساخت جداره سیلو به کمتراز نصف تقلیل یافته و حائز مزایای دیگری از لحاظ رفتار سازهای و قابلیت کاربردی - Serviceability - میباشد.
طراحی بهینه سقف این نوع سیلوها که ممکن است : مخروطی، گنبدی، صفحاتِ چینخورده - Folded Plate - ویا خرپاهای سازهای فضاکار باشد و همچنین فرم خروجی تحتانی جهت تخلیه مواد از سیلو برای کاربردهای مختلف بررسی که در پایاننامه ارائه گردیده است.
1. مقدمه
با آغاز قرن اخیر و پیشرفتهای بشر در زمینه مهندسی راه و ساختمان، از تکنیکهای پیشرفته ساختمانی جهت ساخت مخازن و سیلوهای بلند استفاده شده، و به دنبال آن سیلوی مدرن در سال 1873 توسطفرِدهتچ ”Fred Hatch“ از ایالت متحده آمریکا احداث گردید .[1] در چند دهه اخیر استفاده از قالب های- لغزنده به عنوان یک روش قالب بندی بتن که پتانسیل سرعت و بهرهوری از قالبهای عمودی را اصلاح میکند، باعث شده است تا احداث سازه های بلند بتنی از جمله سیلوها و مخازن بلند هوائی به صورت استوانهای با مقطع دایروی رشد چشمگیری داشته باشد
افزایش تکنولوژی و جمعیّت سبب رشد تولید و مصرف گردیدهکه عملاً نیاز جوامع به انبارههایی با گنجایش زیاد را به وجود آورده است؛ از این رو احداث سیلوهای تکی با حجم زیاد منجر به افزایش قطر ویا ارتفاع آن میگردد، که با توجه به مشکلاتی در خصوص افزایش ارتفاع ویا افزایش قطر، احداث سیلوهای تکی به عنوان انباره حجیم مقدور نمی باشد. امروزه در راستای افزایش حجم انباره سیلوها ویا مخازن، بدون افزایش قطر ویا افزایش ارتفاع در سیلوی تکی، آن را به صورت گروهی احداث میکنند. که در این حالت مجموعه چند سیلو ممکن است به صورت یکپارچه ویا با درز انقطاع در حد فاصل سیلوها ساخته شوند [3]، لیکن احداث دیوارههای داخلی در سیلوی گروهی موجب کاهش فضای مفید و افزایش هزینه ساخت میگردد. بدینمنظور در این مقاله طرح کنگرهدار کرده جداره سیلو ارائه شده است.
در پژوهش انجام شده به بررسی نحوه مدلسازی سازه سیلوها و مخزنهای بتنی منشوری با مقطع جداره کنگرهیِا پیشنهادی و طراحی آن در برابر بارهای وارده از قبلِی : بارهای مرده، بارهای ناشیاز فشار مواد ذخیره شده، بارهای زلزله و بارهای حرارتی، در راستای بدست آوردن سیستم بهینه ازلحاظ رفتار سازهای و اقتصادی در : تعداد کنگره ها، فاصله مرکز سیلو تا مرکز کمان هر کنگره، شعاع کنگرهها، ضخامت جداره و فاصله دورپیچ ها؛ برمبنای گنجایش ذخیرهسازی پرداخته؛ و به سیلوهایی دارای مقطع جداره کنگرهای دورپیچشده با عملکرد سازهای مناسبتر و هزینه اقتصادی کمتر از نصف در برابر سیلوهای متداول با مقطع مدور دستیافتهایم.
2. فشار مواد دانهای به جداره سیلو
تنشهای فشاری ناشیاز مواد دانهای به جداره و کف سیلو، میبایست توسط یکی از روش های معرفی شده در »ضوابط ومعیارهای طرح و اجرای سیلوهای بتنی - نشریه « - 235-1 محاسبه گردند. تنشهای فشاری ناشیاز مواد دانهای نه تنها باید در حالت استاتیکی مورد توجه قرار گیرند، بلکه بایستی هرگونه افزایش یا کاهش فشار ناشیاز پدیدهایی نظیر : پُر کردن، خالی کردن، قوسزدن مواد ذخیرهشده، هوادهی و تخلیه برونمحوری؛ مورد توجه قرار گیرند - شکل 1.ضمناً - در سیلوهای گروهی بایستی پُر و خالی بودن متناوب انبارهها نیز مورد توجه قرار گیرند .[4]
شکل - 1 الف - طرح خطوط جریان در هنگام خالی شدن انباره با نسبت ارتفاع به عرض بیشاز 1.5 برابر؛ ب - تشخیص سیلو از بونکر
بر مبنای آییننامه : ACI-313-91 - 1998 - مطابق - شکل - 2، فشار مواد ذخیره شده در حالت سکون بر جداره سیلو را »فشار استاتیکی« مینامند؛ از طرفی حرکت مواد ذخیره شده در انباره های بلند فشار بیشتر را به جداره سیلو وارد میکند، که »فشار طراحی« نامیده میشود. این فشار اضافی ممکن است به صورت دینامیکی و ناشی از حرکت مواد در منطقه A ویا در اثر ضربه در منطقه B - شکل - 1 ایجاد گردد
شکل - 2 تنشهای فشاری ناشیاز مواد دانهای به جداره و کف انبارههای سیلو و بونکر [5]، .[6]
که در آن : D قطر داخلی انباره، hw ارتفاع داخلی جداره، hs ارتفاع مخروط ریزشی مواد دانهای، θ زاویه ریزش مواد دانهای - زاویه قرار - ، yj عمق مواد دانهای از تراز مرکز سطح رویه مواد دانهای - در روش جانسن - ، q تنش استاتیکی قائم در عمق yj، P تنش استاتیکی جانبی در عمق yj و F تنش استاتیکی اصطکاک برای عرض واحد جداره میباشند
تنشهای فشاری در حالت استاتیکی را میتوان با استفاده از روش جانسن مطابق روابط - 2 - - و - 3 - و - - 4 - محاسبه نمود
- 1 - شعاع هیدرولیکی
- 2 - تنش استاتیکی قائم در عمق
- 3 - تنش استاتیکی جانبی در عمق \M
- 4 - مجموع تنش استاتیکی اصطکاک از تراز سطح مواد دانهای تا عمق
تنشها و نیروهای طراحی اعمالی از طرف مواد دانهای ذخیره شده در سیلوها بر جداره، با ضرب تنش ها و نیروهای استاتیکی فوق در ضریب افزایش فشار - Cd - یا ضریب ضربه - Ci - هر کدام که مجموع تنش یا نیروی بیشتری را در سیلو ایجاد کند، به دست میآیند. بدین ترتیب با ضرب ضریب مناسب Cd - یا - Ci در : تنش استاتیکی قائم، تنش استاتیکی جانبی و تنش استاتیکی اصطکاک، به ترتیب تنش طراحی قائم - qdes - ، تنش طراحی جانبی - Pdes - و تنش طراحی اصطکاک - Fdes - ،تعیین میگردد
مقادیر ضریب افزایش فشار - Cd - ونیز ضریب ضربه - Ci - را میتوان بهترتیب از - - جدول - 1 و - جدول - - 2 تعیین نمود .
جدول -1 تعیین ضریب ضربه - Ci -
جدول -2 تعیین ضریب افزایش فشار - Cd -
