Exzentrische Belastung von Silos
Wird ein Silo außermittig befüllt oder entleert, verteilen sich die Lasten nicht mehr gleichmäßig über den Umfang. Liegt der Auslauf außermittig, bildet sich ein Fließkanal an der Wand: Im Kanal sinkt der Druck, an seinen Rändern steigt er – die Wand wird auf Biegung beansprucht.
Aus Ihren gemessenen Kennwerten berechnen wir die Teilflächenlasten und bei großen Exzentrizitäten die Fließkanal-Wanddrücke nach DIN EN 1991-4.
Entstehung exzentrischer Lasten
Ursachen
- Außermittiger Auslauf oder einseitiger Abzug durch das Austraggerät
- Mehrere Ausläufe, die nicht gleichzeitig betrieben werden
- Außermittiges Befüllen mit schiefem Aufschüttkegel
- Entmischung mit bevorzugtem Fließkanal
- Kernfluss mit außermittigem Fließkanal
Folgen
- Ungleichmäßige Horizontallasten über den Umfang
- Biegebeanspruchung der Silowand
- Beulen dünnwandiger Stahlsilos, Risse in Betonsilos
- Im Extremfall Versagen der Silokonstruktion
Lastfälle für exzentrische Belastung
Die Norm unterscheidet zwei Ebenen: Teilflächenlasten für kleine Ausmitten, die jeder Bemessung überlagert werden, und eigene Lastfälle für große Exzentrizitäten beim Befüllen und Entleeren.
„Ist die Exzentrizität der Auslauföffnung eo größer als der kritische Wert eo,cr = 0,25dc, sollten bei Silos der Anforderungsklassen 2 und 3 zur Berücksichtigung der exzentrischen Entleerung in Form eines Kaminflusses oberhalb der Auslauföffnung nachfolgende Verfahren zur Bestimmung der Lastverteilung angenommen werden […].“
Abschnitt 5.2.4.1 (1)
„Die Ermittlung dieser Lasten sollte unter Verwendung des unteren charakteristischen Wertes der Wandreibung und des oberen charakteristischen Wertes des Winkels der inneren Reibung Φi durchgeführt werden.“
Abschnitt 5.2.4.1 (4)
Teilflächenlasten
Teilflächenlasten sind unsymmetrische Zusatzlasten für kleine Ausmitten und Unregelmäßigkeiten. Sie werden der symmetrischen Füll- und Entleerungslast überlagert. Ihre Größe folgt aus den Beiwerten Cpf (Füllen) und Cpe (Entleeren), die über den Schüttgutbeiwert
Cop = 3,5 · aφ + 2,5 · aK − 6,2 (Gl. 4.8)
von den gemessenen Umrechnungsfaktoren abhängen. Je stärker die Kennwerte streuen, desto größer die Teilflächenlast. Bei Anforderungsklasse 1 dürfen Teilflächenlasten entfallen.
Große Exzentrizitäten
Überschreitet die Exzentrizität der Auslauföffnung eo den Wert 0,25 · dc, bildet sich ein Fließkanal an der Wand. Beim Befüllen gilt dieselbe Grenze für den Aufschüttkegel ef, bei schlanken Silos ab hc/dc > 4,0. Die Wanddrücke im Fließkanal und daneben werden als getrennte, unabhängige Lastfälle berechnet.
Für Anforderungsklasse 2 ist ein vereinfachtes Verfahren zulässig, für Anforderungsklasse 3 ist das detaillierte Verfahren anzuwenden. Das Berechnungstool wählt das Verfahren nach der Anforderungsklasse Ihres Silos.
Messungen für exzentrische Lastfälle
Die exzentrischen Lastfälle verwenden obere und untere charakteristische Werte – dafür werden neben den Mittelwerten die Umrechnungsfaktoren benötigt.
| Messung | Kennwerte | Verwendung |
|---|---|---|
| Fließort | Winkel der inneren Reibung φi, Horizontallastverhältnis K, Umrechnungsfaktoren aφ, aK | Schüttgutbeiwert Cop, oberer Wert von φi |
| Wandreibung | Wandreibungskoeffizient μ, Umrechnungsfaktor aμ | unterer Wert der Wandreibung |
| Schütt- und Kompressionsdichte | Schüttgutwichte γ, Umrechnungsfaktor aγ | Lasten im Schaft |
Maßnahmen gegen exzentrische Belastung
- AuslaufZentrischer Auslauf oder ein Austraggerät, das den gesamten Querschnitt gleichmäßig abzieht.
- Mehrere AusläufeGleichzeitig betreiben oder die Wand für den einseitigen Betrieb bemessen.
- BefüllungZentrisch befüllen, Aufschüttkegel möglichst mittig halten.
- MassenflussKein außermittiger Fließkanal im ruhenden Schüttgut.
- BemessungSilowand für die exzentrischen Lastfälle nach DIN EN 1991-4 auslegen, wenn die Exzentrizität nicht vermeidbar ist.
Häufige Fragen zur exzentrischen Belastung
- Ab wann gilt eine Exzentrizität als groß?
- Wenn die Exzentrizität der Auslauföffnung eo größer als 0,25 · dc ist. Beim Befüllen gilt dieselbe Grenze für die Exzentrizität des Aufschüttkegels ef, bei schlanken Silos ab hc/dc > 4,0. Für Silos der Anforderungsklassen 2 und 3 sind dann zusätzliche, getrennte Lastfälle zu untersuchen.
- Was sind Teilflächenlasten?
- Unsymmetrische Zusatzlasten, die der symmetrischen Füll- und Entleerungslast überlagert werden. Sie bilden kleine Ausmitten und Unregelmäßigkeiten ab. Ihre Größe hängt über den Schüttgutbeiwert Cop von den gemessenen Umrechnungsfaktoren aφ und aK ab; bei Anforderungsklasse 1 dürfen sie entfallen.
- Welche Kennwerte verlangt die Norm für große Exzentrizitäten?
- Nach 5.2.4.1 (4) den unteren charakteristischen Wert der Wandreibung und den oberen charakteristischen Wert des Winkels der inneren Reibung φi. Beide ergeben sich aus den gemessenen Mittelwerten und den Umrechnungsfaktoren aμ und aφ.
- Welche Messungen werden benötigt?
- Fließorte bei mindestens drei Konsolidierungsspannungen für φi, K und die Umrechnungsfaktoren aφ und aK, die Wandreibung auf dem Wandmaterial für μ und aμ sowie Schütt- und Kompressionsdichte für die Schüttgutwichte γ.
Exzentrische Lastfälle berechnen lassen
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- Mittelwerte und Umrechnungsfaktoren nach DIN EN 1991-4
- Teilflächenlasten beim Füllen und Entleeren
- Fließkanal-Wanddrücke bei großen Exzentrizitäten