Bài Tập Lớn Fem Ứng Dụng Đề Tài Phân Tích Bất Ổn Định Kết Cấu Silo Trụ Tròn Bằng Phương Pháp Phần Tử Hữu Hạn.pdf

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KHOA HỌC ỨNG DỤNG BỘ MÔN CƠ KỸ THUẬT o0o BÀI TẬP LỚN FEM ỨNG DỤNG ĐỀ TÀI PHÂN TÍCH BẤT ỔN ĐỊNH KẾT CẤU SILO TRỤ TRÒN BẰNG PHƯƠNG PH[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NGUYỄN NHẬT MINH THÔNG 1915355

-o0o -NĂM HỌC 2022 - 2023

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3

1.1 Giới thiệu 3

1.2 Tình hình nghiên cứu về silo trên thế giới 4

1.2.1 Nghiên cứu của Wong Hong Wu 4

1.2.2 Nghiên cứu của Hongyu Li 5

1.2.3 Nghiên cứu của M Kaminski 6

1.2.4 Nghiên cứu của R.T Jenkyn 6

1.2.5 Nghiên cứu của Jesper Knijnenburg 7

1.2.6 Nghiên cứu của Richard G Johameck 8

1.3 Tình hình nghiên cứu về silo trong nước 8

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG- CƠ SỞ LÝ THUYẾT 9

2.1 Ý tưởng: 9

2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn 10

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ .13

3.1 Silo trụ tròn 13

3.2 Silo chữ nhật 13

3.3 Silo đáy bằng 14

3.4 Silo đáy chóp 15

3.5 Silo chế tạo bằng bê tông 15

3.6 Silo chế tạo bằng thép 16

3.6.1 Mối ghép bằng bulong 17

4.1.2 Phương pháp nghiên cứu 20

4.2 Tính toán thiết kế Silo 21

4.2.1 Thiết kế sơ bộ Silo 21

4.2.2 Tính toán áp lực 23

4.2.3 Tính toán thông gió trong silo 30

4.3 Kết quả 32

CHƯƠNG 5: MÔ HÌNH TÍNH TOÁN 35

5.1 Mô hình bài toán 35

5.1.1 Mô hình hình học 35

5.1.2 Các thông số vật liệu 36

5.1.3 Mô hình phần tử hữu hạn 37

5.2 Giải bài toán tĩnh 40

5.2.1 Tải tác động lên mô hình 40

5.2.2 Giải bài toán tĩnh 45

5.3 Giải bài toán bất ổn định 47

CHƯƠNG 6: KẾT LUẬN 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 51

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN

1.1 Giới thiệu

Silo là một thiết bị bảo quản kín thường được sử dụng để dự trữ lương thực ở quy mô lớn

từ vài trăm đến vài ngàn tấn Silo đóng vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp, cóthể dùng để lưu trữ nhiều loại vật liệu khác nhau trong lĩnh vực sản xuất nông nghiệp nhưlúa, gạo, các loại hạt khác Trong lĩnh vực công nghiệp, silo còn được sử dụng để tồn trữ

xi măng, than và một số loại nguyên vật liệu khác

Silo đã được phát triển từ thế kỷ 19, từ đó đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu về khảnăng ứng dụng cũng như các đặc tính, kết cấu của silo Tuy nhiên, thực tế chỉ ra rằngtrong quá trình hoạt động của silo, có nhiều vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu nhưhình dạng silo bị biến dạng, khả năng thông thoáng không tốt dẫn đến đóng thành - nghẹtsilo

1.2 Tình hình nghiên cứu về silo trên thế giới

1.2.1 Nghiên cứu của Wong Hong Wu

Năm 1990, Wong Hong Wu (trường đại học Wollongong) đã nghiên cứu - phân tích tĩnh

và động của dòng chảy các loại vật liệu trong silo, mô hình hóa quá trình nhập và tháoliệu ra khỏi silo [22] Nghiên cứu đã nhấn mạnh sự phát triển của những phương pháp sốnhằm dự đoán ứng suất bên trong silo do vật liệu chứa tạo ra và do tác động của điều kiệnmôi trường

Kết quả của nghiên cứu đã đưa ra phương pháp dự đoán ứng suất do vật liệu chứa và do

1.2.2 Nghiên cứu của Hongyu Li

Năm 1994, Hongyu Li (Department of Civil Engineering & Building Science TheUniversity of Edinburgh Edinburgh, Scotland, UK) đã Phân tích cấu trúc của silo thépbằng phương pháp rời rạc [6] Kết quả nghiên cứu giúp nâng cao sự hiểu biết về sự biếndạng và sự đổ sụp của silo trong quá trình tồn trữ nhằm hỗ trợ tốt hơn cho việc thiết kế vàxây dựng silo Hình 2 mô tả cấu trúc silo của Hongyu Li

1.2.3 Nghiên cứu của M Kaminski

Năm 2001, Kaminski và cộng sự (Institute of Building Engineering Wroclaw University

of Technology, Poland) đã nghiên cứu phân tích phi tuyến tính của silo bê tông Kết quảnghiên cứu đã phân tích ứng suất tác dụng theo phương tiếp tuyển và pháp tuyển lên

thành và đáy silo bằng phương pháp rời rạc Hình 3 mô tả cấu trúc của silo bằng phươngpháp rời rạc.

1.2.4 Nghiên cứu của R.T Jenkyn

Năm 1987, R.T Jenkyn đã nghiên cứu – phân tích những lỗi trong quá trình thiết kế và

sử dụng silo [18] Kết quả của nghiên cứu đã phân tích một số lỗi như: người thiết kếkhông thiết lập được đặc tính dòng chảy của vật liệu, ứng suất tác động lên silo do vậtliệu chứa và điều kiện môi trường sinh ra, không hiểu rõ đặc tính của nguyên vật liệuchứa; chúng có ảnh hưởng lớn đến việc thiết kế và sử dụng silo Hình 4 mô tả nguyênnhân lệch tâm của silo do phân bố ứng suất không đồng đều

N g hi ê n

cứu của Jesper Knijnenburg

Năm 2008, Trong đề tài thạc sĩ Jesper Knijnenburg đã nghiên cứu ảnh hưởng của rungđộng đến dòng chảy của hạt [9] Kết quả của nghiên cứu đã đưa ra những phân tích và môphỏng ảnh hưởng của rung động đến dòng chảy của vật liệu chứa đá vôi CaCO, Hình 5

mô tả dòng chảy liệu theo mô hình khối lượng và mô hình dạng phễu

1.2.6 Nghiên cứu của Richard G Johameck

Năm 1986, Richard G Johanneck đã nghiên cứu về các dạng họng xả liệu của silo, nhằmthảo liệu nhanh chóng và không bị nghẹt Nghiên cứu này đã nhận được bằng sang chếcủa Mỹ (US 55355) năm 1987

1.3 Tình hình nghiên cứu về silo trong nước

Năm 2004, nhóm nghiên cứu Trưởng ĐH Bách khoa TPHCM đã chế tạo thành công hệthống silo bảo quản các loại hạt nông sản xuất khẩu quy mô 250 tấn (29) Đây là hệ thốngsilo đầu tiên được sản xuất hoàn toàn trong nước Hệ thống silo này được lắp đặt và hoạtđộng ổn định để bảo quản lúa gạo tại chợ trung tâm nông sản Hựu Thạnh Đông - LongAn

Sau đó, năm 2010 nhóm nghiên cứu của trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG HCM gồm

CHƯƠNG 2: Ý TƯỞNG- CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Ý tưởng:

Silo là một dạng thiết bị bảo quản kín thường được sử dụng để dự trữ lương thực ởquy mô lớn từ vài trăm đến vài ngàn tấn Với vai trò quan trọng trong các ngành côngnghiệp chế biến, silo có thể dùng để lưu trữ nhiều loại vật liệu khác nhau từ sản phẩmnông nghiệp như lúa, gạo, các loại hạt đến các sản phẩm công nghiệp như xi măng, than

và một số loại nguyên vật liệu khác

Silo đã được phát triển từ thế kỷ 19, cho đến nay đã có rất nhiều nghiên cứu vềkhả năng ứng dụng cũng như các đặc tính, kết cấu của silo Thực tế cho thấy rằng trongquá trình sử dụng silo, có nhiều vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu như độ biến dạngcủa silo, khả năng thông thoáng gió trong silo, kết cấu thành silo, cũng như khả năngđóng vón của sản phẩm bảo quản, và các vấn đề liên quan khác Wong Hong Wu đãnghiên cứu, phân tích tĩnh và động học của dòng chảy các loại vật liệu trong silo, môhình hóa quá trình nhập và tháo liệu ra khỏi silo, đưa ra những phương pháp số nhằm dựđoán ứng suất bên trong silo do vật liệu chứa tạo ra dưới tác động của điều kiện môitrường (Wong Hong Wu, 1990) Việc phân tích cấu trúc của silo thép bằng phương phápphần tử hữu hạn cũng đã được nghiên cứu nhằm nâng cao sự hiểu biết về sự biến dạng và

sự đổ sụp của silo trong quá trình tồn trữ, từ đó có biện pháp hỗ trợ tốt hơn cho việc thiết

kế và xây dựng silo (Hongyu Li, 1994) Tác giả đã kết luận rằng một silo đầy đủ gồm có

vỏ hình trụ và ống côn tháo liệu và vòm côn che phía trên ống vỏ hình trụ Mô hình ảnhhưởng của rung động đến dòng chảy của đá vôi CaCO3 trong hệ thống silo chứa đã đượcnghiên cứu (Jesper K 2008)

Hiện nay, các silo có năng suất chứa lớn được sử dụng ở các công ty, xí nghiệptrong nước đa phần được nhập từ nước ngoài Một số nghiên cứu về silo bảo quản cũng

đã được thực hiện bởi các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong nước Nhóm nghiên cứucủa Trường ĐHBK TPHCM đã chế tạo thành công hệ thống silo bảo quản các loại hạtnông sản xuất khẩu quy mô 250 tấn vào năm 2003 (Bùi Song Cầu, 2003), đây là hệ thống

silo đầu tiên được sản xuất trong nước, và được lắp đặt tại chợ trung tâm nông sản LongAn; tuy nhiên silo này dùng chứa lúa - gạo, không có hệ thống thông gió bên trong Việcxây dựng chương trình tính toán silo dùng ngôn ngữ APDL (ANSYS Parametric DesignLanguage) và Visual Basis đã được thực hiện năm 2010 (Nguyễn Tường Long, 2010), đềtài này đã xây dựng một chương trình tính toán, kiểm tra bền, hướng tới việc tối ưu cácbản thiết kế silo Cám gạo chiếm khoảng 8% trọng lượng hạt lúa, chứa hầu hết lượng dầu

và phần lớn lượng chất đạm, các chất khoáng, vitamin, và chất xơ tiêu hóa được trong hạtthóc Hàm lượng dầu trong cám gạo ước tính khoảng 18% Tuy nhiên, do công nghệ xayxát, chỉ có khoảng 3% cám gạo có thể sử dụng để trích ly dầu, tương đương 3,5 triệu tấndầu thô (www.wilmar-agro.com.vn) Theo tổng cục thống kê, hàng năm Việt Nam có sảnlượng khoảng trên 47 triệu tấn lúa, trên 28 triệu tấn gạo và hơn 3 triệu tấn cám(www.gso.gov.vn); trong đó, chỉ có khoảng 500 ngàn tấn cám đạt phẩm chất được sửdụng trong công nghiệp sản xuất dầu ăn Đa số các doanh nghiệp sản xuất lúa – gạo, dầucám đều tồn trữ cám trong bao chứa 50 kg chất thành cây trong kho Vì thế, cám rất dễ bị

ẩm mốc, côn trùng phá hoại, giảm chất lượng và tổn thất nếu không được thông thoáng

và bảo quản tốt Một số nhà máy sản xuất dầu cám đã sử dụng silo tồn trữ ngoại nhập, chiphí đầu tư cao, yếu điểm kỹ thuật là không có hệ thống thông gió, gây ra việc vón cục,bám dính vào thành silo Công ty TNHH Wilmar Agro Việt Nam, Chi nhánh Thốt Nốt vàCần Thơ, đã đầu tư silo được thiết kế và chế tạo bởi công ty REKANA – Malaysia, năngsuất chứa từ khoảng 400 đến 450 tấn, giá thành chế tạo lắp đặt khoảng 2,6 tỷ đồng (năm2011) Theo kết quả phỏng vấn từ cán bộ kỹ thuật của công ty, nhược điểm của silo lànhiệt độ trong silo cao, silo bị nghẹt do hiện tượng vón cục của cám, đọng ẩm trên thành

2.2 Cơ sở lý thuyết phương pháp phần tử hữu hạn.

Phương pháp phần tử hữu hạn (the Finite Element Method - FEM) là một phươngpháp số để phân tích những phương trình vi phân đạo hàm riêng được sử dụng để mô tảcác bài toán trong cơ học Quá trình tính theo phương pháp phần tử hữu hạn thườngthường dẫn đến việc giải một hệ phương trình đại số tuyến tính, được biểu diễn theo ngônngữ ma trận, và có thể được tự động hoá trên máy tính

Trong phân tích kết cấu bằng Phương pháp phần tử hữu hạn, vật thể liên tục đượcxấp xỉ bằng tổ hợp của các phần tử hữu hạn Các phần tử này có kích thước hữu hạn vàđược liên kết với nhau bằng một số hữu hạn các điểm nút Sau khi mối quan hệ ứng suất -biến dạng của các phần tử hữu hạn được thiết lập và lắp ghép với nhau, trạng thái ứngsuất - biến dạng của hệ kết cấu có thể được xác định

Các công thức cơ bản của phương pháp phần tử hữu hạn thường được thiết lậptrên nền tảng của các nguyên lý năng lượng hoặc các công thức biến thiên Khi thiết lậpcông thức, có thể chọn trường biến dạng hay trường ứng suất làm ẩn số chính, và tươngứng với nó phương pháp phần tử hữu hạn mô hình chuyển vị và mô hình ứng suất được

sử dụng Trong thực hành, phương pháp phần tử hữu hạn mô hình chuyển vị thường được

sử dụng Việc phân tích kết cấu bằng phương pháp phần tử hữu hạn theo mô hình chuyển

vị thường gồm các bước sau:

• Rời rạc hoá kết cấu thành các phần tử hữu hạn;

• Chọn các hàm chuyển vị mô tả chuyển vị của phần tử hữu hạn;

• Lập ma trận độ cứng và véc tơ lực nút của các phần tử hữu hạn trong hệ toa độđịa phương;

• Lập ma trận độ cứng và véc tơ lực nút của các phần tử hữu hạn trong hệ toạ độchung;

• Lập ma trận độ cứng và véc tơ lực nút của hệ kết cấu; • Thi hành các điều kiệnbiên;

• Giải hệ phương trình cân bằng để tìm véc tơ chuyển vị nút trong hệ toạ độ chung;

• Tìm véc tơ chuyển vị nút trong hệ toạ độ địa phương;

• Tính nội lực, biến dạng, ứng suất trong các phần tử

Độ chính xác của kết quả tính phụ thuộc vào độ mịn của lưới chia, bậc của cáchàm xấp xỉ sử dụng để mô tả các phần tử hữu hạn và độ chính xác của việc giải hệphương trình đại số

CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH, SO SÁNH VÀ LỰA CHỌN CÁC PHƯƠNG

ÁN THIẾT KẾ

3.1 Silo trụ tròn

Silo trụ tròn Silo trụ tròn được lắp ghép từ các tấm thép phẳng được cuốn tròn theophương ngang, các tấm thép được liên kết lại với nhau bằng bulong hoặc hàn (silo liênkết hàn thường được sử dụng với các vật liệu chứa có yêu cầu độ kín cao), hoặc bằng bêtông để chứa các vật liệu có tính ăn mòn cao Ưu điểm của silo trụ tròn là có thể hạn chếđược khả năng bám dính của vật liệu lên bề mặt thành hoặc đống bám liệu trong silo Tuynhiên quá trình gia công, lắp đặt phức tạp

Hình 3.1 Silo trụ tròn

3.2 Silo chữ nhật

Silo hình chữ nhật có thiết kế đa dạng, cho phép dễ dàng lắp đặt trong những không giangiới hạn mà Silo trụ tròn không làm được Silo lại này có hình dạng thiết kế thông quakhung sườn bằng các cột hỗ trợ bên trong, sau đó các tấm thép phẳng được lắp ghép lạitại các điểm thi công bằng phương pháp ghép chồng mới sử dụng được bulong hoặc hàn

Ưu điểm của Silo hình chữ nhật là có thể lắp ráp ở những nơi không gian hẹp, chế tạo

tương đối dễ dàng Nhược điểm của Silo dạng này là vật liệu chứa dễ bám vào thành ởcác góc vuông (như: cám, bột, vật liệu ẩm mốc,…).

Hình 3.2 Silo chữ nhật

3.3 Silo đáy bằng

Silo đáy bằng có thể được chế tạo bằng thép hoặc bê tông, thường được sử dụng để chứa

và bảo quản các loại vật liệu hoặc hạt Silo loại này có ưu điểm là dễ chế tạo hơn đáyloại phễu, giảm được chi phí móng và cột đỡ Tuy nhiên nó có nhược điểm là ứng suấttập trung lên đáy khá lớn, khả năng làm sạch ở đáy kém

Hình 3.3 Silo đáy bằng

3.4 Silo đáy chóp

Silo đáy chóp thường được chế tạo bằng thép, gồm nhiều tấm thép được lên kết lại vớinhau bằng mối ghép bu lông hoặc hàn Hiện nay loại Silo này được ứng dụng nhiều trongbảo quản và sản xuất Vì nó có nhiều ưu điểm là khả năng tháo liệu tự động dễ dàng vàsạch, hạn chế được khả năng vón cục, chống bám vật liệu và thành làm nghẹt Silo Tuynhiên nhược điểm Silo đáy chóp là gia công chế tạo phức tạp

3.5 Silo chế tạo bằng bê tông

Silo chế tạo bằng bê tông thường được chế tạo bằng kết cấu bê tông cốt thép có chiều dàythành lớn Silo bê tông thường dùng để chứa các vật liệu có tính ăn mòn và thép, có khảnăng cách nhiệt tốt Ưu điểm của Silo bê tông là có thể chứa các vật liệu có tính ăn mòncao (như: xi măng, thạch anh, đá vôi )cách nhiệt tốt Tuy nhiên chi phí đầu tưcao, thời gian chế tạo dài, kết cấu móngnặng

Hình 3.4 Silo chế tạo bằng bê tông

3.6 Silo chế tạo bằng thép

Hiện nay silo chế tạo băng thép được ứng dụng rất nhiều trong chế tạo và lắp đặt Silo.Silo chế tạo thép gồm nhiều tấm thép được cuốn liên kết lại với nhau, mối ghép có thểbăng môi phép bu lon hoặc hàn (tùy thuộc vào đặc tính của vật liệu chín) Lu điêm củasilo thép là chứa những loại vật liệu (như các loại bột, hạt, các vật liệu có tính ăn mònthập hoặc không ăn mòn) Được sử dụng nhiều trong bảo quản lương thực Kích thướcnhỏ gọn hơn Silo bộ tông Thời gian gia công lắp đặt ngắn Tuy nhiên nó không chứa

mòn cao

Hình 3.5 Silo chế tạo bằng thép

3.6.1 Mối ghép bằng bulong

Silo các mối ghép bằng bu lông gồm nhiều tấm thép liên kết lại với nhau bằng bu lông,thường được gia công - chế tạo sẵn và được gia công chính xác tại nhà máy sản xuất Siloloại này dễ dàng đóng gói cho việc sản xuất Ưu điểm của nó là thời gian lắp đặt, thờigian gia công và đưa vào vận hành nhanh hơn Silo hàn bằng tay, dễ dàng gia công tạixưởng Nhưng chi phí sản xuất cao

3.6.2 Mối ghép hàn Silo

Mối ghép hàn Silo là mối ghép bằng hàn gồm nhiều tấm thép liên kết lại với nhau bằngmối ghép hàn Nó thường được gia công, chế tạo chính xác trước tại nhà máy sản xuấthoặc gia công tại khu vực gia công lắp đặt Silo mối ghép hàn có ưu điểm là tiết kiệmđược vật liệu so với lắp ghép bằng bu lông, mối ghép kín hạn chế được ảnh hưởng củamôi trường

3.6.3 Silo thép có chân đế bằng thép

Silo thép có chân đế bằng thép thường được sử dụng cho các silo có yêu cầu di dơi và lắpđặt nhanh, thường được sử dụng với silo tròn hoặc vuông Silo loại này có thể gia côngchính xác tại xưởng, lắp đặt dễ dàng Tuy nhiên ứng suất tác dụng lên cột không đều, liênkết giữa các cột và thân silo bằng hàn dễ gây biến dạng silo

3.6.4 Silo thép có chân đế bằng bê tông cốt thép

Silo thép có chân đế bằng bê tông cốt thép thường được sử dụng cho các silo cố địnhkhông di dời, thường được sử dụng với silo tròn, silo có chân đế bằng bê tông, có ứngsuất ác dụng lên cột, móng đều, hạn chế được biến dạng silo do tải của silo tác dụng lêncột Tuy nhiên thời gian thi công móng cột dài Có thể gia công các tấm thép tại xưởngnhưng phần móng- cột thì không

3.6.5 So sánh silo các loại

Căn cứ vào ác tính chất, ưu- nhược điểm ở trên ta có thể tổng hợp lại như bảng sau:

Loại silo Vật liệu chế tạo Ưu điểm Nhược điểm

Silo tròn Thép bê tông Hạn chế vật liệu

Vật liệu dễ bámvào, ứng suấtthành, ứng suất giótác dụng lên thànhlớn

Silo chế tạo bằng bê

tông

Bê tông Chứa được vật liệu

có tính ăn mòn cao,cách nhiệt tốt

Thời gian, phí giacông lớn

Thời gian lắp đặtchậm hơn ghépbằng bulong

Dễ biến dạng tạichỗ liên kết thânsilo với các cột domối ghép hàn.Chân đế

bằng bê

tông

Thép+ bê tông ứng suất tác dụng

đều lên dầm, hạnchế biến dạng silo

Thời gian lắp đặtchậm, silo đặt cốđịnh không dichuyển được

CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ - DESINING IN ENGIEERING MECHANICS

4.1 Vật liệu và phương pháp thiết kế

4.1.1 Vật liệu chế tạo silo

Dựa vào đặc tính của vật liệu tồn trữ, tính kết cấu của silo; vật liệu được chọn đểchế tạo silo là thép tấm CT3 với bề dày khác nhau được tính toán đảm bảo các điều kiệnbền của silo Phần móng cột cho silo được làm bằng vật liệu bê tông cốt thép mác 250

4.1.2 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lược khảo các tài liệu về cơ sở lý thuyết trong tính toán, thiết kế vàbảo quản bằng silo; các tài liệu nghiên cứu về silo đã công bố được sử dụng để làm cơ sởthiết kế Ngoài ra, việc khảo sát thực tế các silo chứa cám viên hiện có, phỏng vấn chuyêngia của một số nhà máy sản xuất dầu cám tại Cần Thơ cũng được thực hiện để làm cơ sởcho việc tính toán và thiết kế, cải tiến Bản vẽ thiết kế của silo được thực hiện dựa trênphần mềm AutoCAD và Solidworks

Qui trình tính toán thiết kế silo được thể hiện qua sơ đồ chung như Hình 4.1

Quá trình thiết kế dựa trên chuẩn EuroCode Đây là tiêu chuẩn được thiết lập bởicác nước thành viên của khối cộng đồng châu Âu (EU) nhằm thống nhất các tiêu chuẩn

kỹ thuật về kết cấu trong nhiều lĩnh vực kỹ thuật, trong đó có kết cấu cho việc tính toán,thiết kế và xây dựng silo

4.2 Tính toán thiết kế Silo

4.2.1 Thiết kế sơ bộ Silo

Việc thiết kế sơ bộ và chọn sơ đồ silo có ý nghĩa quan trọng cho các bước tínhtoán, thiết kế chính xác các bộ phận của silo Xuất phát từ yêu cầu năng suất chứa là 500tấn, silo thiết kế được lựa chọn là silo dạng trụ tròn đáy hình chóp, dùng mối ghép hàn đểlàm kín, kích thước sơ bộ của silo được tính toán với 3 phần: đỉnh, đáy và thân silo Cácđặc trưng hình học của silo cần thiết kế dựa trên chuẩn EuroCode được thể hiện ở Hình4.2

Hình 4.2: Đặc trưng hình học của silo

1 - mặt phẳng tương đương, 2 - thân silo, 3 – vị trí tiếp giáp giữa thân và đáy silo

h c: chiều cao tính toán trụ tròn, h h: chiều cao đáy silo, h b: chiều cao tổng cộng, h0: độ sâutương đương của khối hạt ở phần đỉnh, h tp: độ cao tổng cộng của khối hạt trên phần đỉnh,

d c: đường kính silo, r: bán kính trong của silo, t: bề dày vách silo, ❑r: góc ma sát nghỉcủa vật liệu,  : góc nghiêng đáy silo.

Đường kính cửa ra của silo được xác định theo công thức 1:

(1)

Hệ số ảnh hưởng cửa ra f f được xác định:

(2)Dựa vào biểu đồ hệ số ảnh hưởng ff với ❑r= 22° => góc silo = 26 ° chọn = 1,6

 với m = 1 (silo đáy tròn)

Ứng suất tương đương tác dụng lên thành silo, chọn = 2 m:

Với năng suất chứa 500 tấn, thể tích cần thiết kế là:

Các giá trị: h a = 6,5 m; h c = 18 m; d c = 8,09 m; h0 = 0,81 m; D B = 2 m được xác định

4.2.2 Tính toán áp lực

Việc tính toán những áp lực tác dụng lên silo có ý nghĩa quan trọng làm cơ sở choviệc tính bền và chọn kết cấu silo Việc tính toán được thực hiện dựa trên cơ sở lý thuyếttính toán và thiết kế silo theo chuẩn EuroCode Hình 3 thể hiện các áp lực tác dụng lênthành vách silo trong quá trình tồn trữ Vật liệu chế tạo silo là thép tấm CT3 có ứng suấtbền  380 N / mm2 = 380.103 kN/m2 Áp lực tác dụng lên silo gồm có áp lực tácdụng lên phần thân silo (trụ tròn), áp lực tác dụng lên phần đáy silo (phễu), áp lực tácdụng do silo bị lệch tâm và áp lực tác dụng do sức gió

4.2.2.1 Áp lực tác dụng lên phần thân trụ tròn silo

Áp lực tác dụng theo phương ngang:

= 25194 0,84 = 21162 N/m2 (3)

Hình 4.3: Áp lực tác dụng lên thànhvách silo 1 – mặt phẳng tương đương, 2 – áp lực ngang tác động lên thân trụ

Áp lực tác dụng theo phương tiếp tuyến:

= 480.0,54.9,72.10 = 25194 N/m2 : giá trị áp lực tại mức cao nhất hoứng với vật liệu tiếp xúc với vách

A – diện tích tiết diện ngang

U – nội chu vi tiết diện

= 0,84

4.2.2.2 Áp lực tác dụng lên đáy silo dạng phễu hình côn

Áp lực và sơ đồ ứng suất tác dụng lên đáy silo (phễu) được thể hiện trong Hình4.4

Hình 4.4: Áp lực tác dụng lên đáy silo

Áp lực tác dụng lên vách theo phương pháp tuyến:

(7)Với các thành phần lực:

N/m2 N/m2

= 24467 N/m

2

Ứng suất tác dụng theo phương pháp tuyến:

29632+24467+117536-29362= 142273 N/m2