Примечание редактора: следующая статья была опубликована в июльском номере журнала Сухой груз международный.
Зейн Уэллс для Dome Technology
Строительство прочного купола для хранения сыпучих материалов требует гораздо большего, чем надувание куполообразной воздушной формы и укладка бетона с использованием метода торкретирования внутри купола. Также требуется, чтобы купол был рассчитан на нагрузки, с которыми он будет сталкиваться в течение всего срока службы.
Чтобы обеспечить долговечность конструкции, инженеры Dome Technology используют метод конечных элементов, чтобы определить, как купол будет вести себя при приложении нагрузок. Эти нагрузки включают собственный вес, снег, ветер и сейсмические нагрузки в дополнение к нагрузкам давления от складируемого материала. Все эти нагрузки по-своему влияют на напряжения в куполе.
Представьте себе: размер купола определяется в зависимости от необходимого объема хранения хранимого материала, а исходная толщина определяется на основе предыдущего опыта. Инженеры используют методологию закрытой формы, основанную на классической инженерной теории, чтобы определить правильную толщину и армирование конструкции. Это отправная точка дизайна, если хотите. Решение для закрытой формы определяет напряжения в оболочке из-за приложенных нагрузок.
Затем составляется геометрия, а на планах указывается необходимая толщина и количество арматуры. Местные строительные нормы и правила определяют критерии напряжения и прогиба для конструкции или то, как должна быть спроектирована конструкция, чтобы противостоять приложенным нагрузкам. Строительные нормы написаны вокруг типовых каркасных и несущих стеновых конструкций. Эти структуры ведут себя очень хорошо понятным образом. Бетонные оболочки, в том числе купола и силосы, не выдерживают нагрузки так, как рамы и несущие стены, поэтому проводится дополнительный анализ для обеспечения соответствия нормам и безопасности системы.
Анализ методом конечных элементов определяет, как купол будет вести себя при приложении нагрузок.
Компьютерная модель купола создается в программе FEA. Затем программа разбивает модель на более мелкие части — конечные элементы. К модели купола применяются нагрузки, и программное обеспечение анализирует купол для определения напряжений и прогибов, вызванных различными нагрузками. Эти напряжения используются для проверки указанной арматуры, а любые области концентрации напряжений дополнительно исследуются. Отклонения системы используются для определения областей, которые с наибольшей вероятностью будут изгибаться в реальных условиях нагрузки. После определения этих точек на планах можно указать дополнительную структуру.
Этот инструмент имеет неоценимое значение для заказчиков, поскольку выявляются зоны высокого напряжения и предпринимаются действия по проектированию бетонной конструкции, способной противостоять нагрузкам на оболочку купола. Вот три преимущества, которые клиенты получают от FEA:
Более длительный срок службы конструкции
] Путем определения того, какие части купола будут нести основную нагрузку давления и нагрузок внутри и снаружи, купол будет усилен там, где это необходимо, а это означает, что конструкция будет иметь прочность там, где это необходимо, на десятилетия вперед.
Например, клиент может запросить большее отверстие для доступа к хранящемуся продукту; МКЭ покажет, какие строительные материалы необходимы, чтобы сделать купол достаточно прочным, чтобы выдержать проем. МКЭ также является важным способом определения поведения купола, когда головной дом или конвейер поддерживаются на вершине купола.
Исключены ненужные траты
Это работает и в обратную сторону. Иногда инженер может предположить, что определенная точка купола может быть подвержена дополнительным нагрузкам, и предложить добавить туда дополнительное усиление. Но программное обеспечение FEA устраняет работу наугад (и ручную математику), определяя, так ли это на самом деле. Когда это происходит, исключается ненужное дополнительное подкрепление, а вместе с ним и ненужные расходы.
Лучшая подготовка к погодным явлениям
Поскольку FEA анализирует, как давление торнадо, землетрясения, урагана и сильного снега будет взаимодействовать с оболочкой купола, сам купол может быть спроектирован так, чтобы лучше противостоять стихийным бедствиям. В районах с сильным ветром, таких как «Аллея торнадо» в США, или в районах с высокой сейсмической активностью, таких как Чили в Южной Америке, это особенно полезно.