Какие ошибки приводят к разрушению силосов?

Какие ошибки приводят к разрушению силосов?

Разрушенные силосы — эффектное зрелище для зевак, однако совсем не веселое явление для тех, кто причастен к этому сооружению. Каждое такое ЧП несет за собой огромные убытки, а в худшем случае — еще и смерть людей. С помощью квалифицированных экспертов-практиков мы попробовали обозначить основные ошибки, которые приводят к повреждениям силосов.

ВСЕ НАЧИНАЕТСЯ С ПРОЕКТА

«Запрограммировать» разрушения емкости для хранения зерна можно уже на уровне проекта. Для этого достаточно упустить ряд очень важных факторов, связанных с нагрузками на силос.

Их перечисляет начальник проектного управления ГП «Зерновая Cтолица» Игорь Белан.

По его словам, нельзя выполнять проектные расчеты оснований силоса без учета количества циклов загрузки и выгрузки, а также особенностей истечения зерна как сыпучей среды. Очень важно принимать во внимание усилия, возникающие внутри силоса за счет действия на него зерна. Нужно также знать требования к величине максимально допустимых равномерных и неравномерных осадок силоса (максимально допустимый крен).

Игорь Белан подчеркивает, что к плачевным последствиям приводит игнорирование проектантами таких параметров, как ветровые и снеговые нагрузки в регионе, природная и техногенная сейсмичность.

Он убежден, что обязательно нужно учитывать особенности грунта: наличие грунтовых вод, их агрессивность к бетону и металлу; просадочные и пучинистые свойства грунтов основания; наличие оползневых явлений, а также агрессивных сред в атмосфере в районе строительства.

«При размещении заказа на изготовление силосов необходимо указывать район строительства и его особые характеристики, а также условия планируемой эксплуатации силосов. При этом от завода-изготовителя обязательно нужно получить подтверждение, что все условия учтены в конструкции силоса», — подчеркивает начальник проектного управления ГП «Зерновая Столица».

Понятно, что заказчик самостоятельно не может перепроверить, учел ли проектировщик все эти параметры. Поэтому, первое, что необходимо сделать — найти хорошую проектную организацию.

«Квалификацию любых специалистов легко проверить. Достаточно узнать судьбу их объектов. Два основных аспекта, которые необходимо обязательно проверить наличие опытного технолога (опыт работы не менее 5 лет). И наличие опытного строителя-конструктора по бетону и металлу опыт работы 5-7 лет. Если эти люди есть и вы убедитесь в их уровне квалификации, можно заключать контракт», — такой совет дает технический директор «Интерпроект GmbH» Иван Кунь.

КТО БУДЕТ СТРОИТЬ И МОНТИРОВАТЬ?

Тщательно подбирать нужно не только проектировщиков, но также строителей и монтажников. Неквалифицированно выполненной работой они могут испортить как хороший проект, так и качественное оборудование.

«Где-то сэкономили, где-то недосмотрели, применили не те материалы, отклонились от проекта — вот и жди беды», — говорит зам. начальника коммерческого департамента ГП «Зерновая Столица» Виталий Марченко.

А технический директор «Интерпроект GmbH» Иван Кунь предупреждает, что строительная компания, которую вы нанимаете, в первую очередь должна иметь опыт строительства фундаментов для силоса, а монтажники — опыт сборки емкостей для хранения зерна.

«Надо очень тонко подходить к подбору строителей. У самой хорошей компании в разгар сезона работает несколько бригад. При этом не у всех работников есть опыт строительства элеваторов. Поэтому надо смотреть на квалификацию конкретных людей, а не на имя компании. Особенное внимание нужно уделять квалификации прораба. От этого человека зависит очень многое», — рекомендует Иван Кунь.

Еще один важный специалист, от которого во многом зависит судьба силосов — это шеф-монтажник. Он следит за тем, чтобы конструкция была собрана строго по схемам завода-изготовителя.

«Когда объем силоса небольшой и есть шеф-монтажник, то квалификация специалистов может быть удовлетворительная. Но, если мы говорим о больших силосах, скажем, вместимостью 6, 10, 15 тыс. т, то особое внимание нужно уделить и квалификации бригады, которая его собирает, и той оснастке, при помощи которой его собирают. Любой силос можно испортить на стадии монтажа», — подчеркивает Виталий Марченко.

НЕКАЧЕСТВЕННЫЙ БЕТОН И ГЕРМЕТИК

Важным аспектом качества и долговечности элеватора является фундамент и соответственно бетон из которого он сделан. По мнению технического директора «Интерпроект GmbH» Ивана Куня, бетон нужно проверять до того, как он появился на стройке.

«В момент заливки не понятно, что заливают. Результат виден уже после того, как бетон залит. Поэтому надо ехать на завод и смотреть, как этот раствор делается. Узнавать качество цемента, качества щебня, песка, соотношение всех элементов, из которых производят бетон. И только так можно быть уверенным, что раствор при заливке будет соответствовать нужным параметрам», — советует Иван Кунь.

Он также рекомендует обращать внимание на качество герметика.

«Я сталкивался с тем, что некоторые компании поставляют в Украину герметик, который работает при температурах от -10, до + 10. А у нас бывают показатели -36 +36. Этот момент при заключении контракта надо обсуждать с поставщиком», — говорит технический директор «Интерпроект GmbH».

Он подчеркивает особую важность герметика на крыше силоса. Если там использовать неподходящий материал, с ним уже ничего нельзя будет сделать. Придется только разбирать и собирать конструкцию заново.

БОЛТОВЫЕ СОЕДИНЕНИЯ И СТАЛЬ

Одной из главных ошибок, которую допускают при монтаже, является непроектная постановка болтов. Хрестоматийный пример произошел в 2008 году на элеваторе крупного украинского агрохолдинга.

Причины обрушения силоса емкостью единовременного хранения 5,5 тыс. т зерна тогда устанавливал доктор технических наук, профессор, заведующий отделом зданий и сооружений ОАО «Укрниипроектстальконструкция им. В.Н. Шимановского» Александр Голоднов.

По его словам, основные причины аварии заключались именно в болтовых соединениях.

«Начну с общеизвестных истин. Болтовые соединения рассчитываются на срез болтов и смятие основного металла. Грубо говоря, если болт малопрочный, а металл — прочный, происходит срез болта металлом. Если наоборот, болт прочный, а металл малопрочный, то происходит разрушение в виде смятия металла. Кроме того, при проектировании болтовых соединений расстояние между центрами болтов и от центров болтов до края листа должны быть не менее оговоренных в нормативной документации величин. Если это условие не выполняется, поставленные по расчету (в количественном отношении) болты не работают полной мерой, а значит, вся нагрузка передается на болты неравномерно, с вытекающими отсюда последствиями», — объясняет Александр Иванович.

По его информации, в случае с разрушившимся в 2008 году силосом, монтажники, устанавливая ворота, произвели вырез проема в листовой оболочке очень близко к отверстиям под болты — сделали его практически по граням отверстий, не выдержав тем самым требуемое расстояние от центра болта до края листа. В связи с этим, из трех болтов «рабочими» оказались два.

«В результате, по мере загрузки силоса зерном происходило увеличение внутренних растягивающих усилий в элементах оболочки, в том числе и в районе болтовых соединений. Поскольку практически одна треть болтов была выключена из работы, оставшиеся две трети «героически сопротивлялись, как могли». И когда силос заполнили примерно на 70%, они смяли металл оболочки. Кроме этого, в районе проема необходимо было поставить болты класса 8.8, а поставлены были болты менее прочные — класса 5.8, что также не способствовало увеличению прочности», — объяснил заведующий отделом зданий и сооружений ОАО Укрниипроектстальконструкция им. В.Н. Шимановского.

По рекомендациям специалистов на остальных силосах этого элеватора отмеченные выше ошибки были вовремя исправлены, что позволило предотвратить возможное разрушение емкостей.

Прочность силосов зависит также от прочностных и деформативных характеристик примененных материалов. Хорошие производители используют, как правило, высокопрочную сталь для элементов оболочек и вертикальных ребер. Однако на этот счет есть и альтернативное мнение.

«Я пришел к парадоксальному на первый взгляд выводу, что для элементов оболочек силосов лучше применять малопрочную сталь с большой площадкой текучести при растяжении и более прочные болты. Да, такие конструкции будут более тяжелыми, но когда речь идет о хранении нескольких тысяч тонн зерна, лишние 5-10 т металла на конструкции — что слону дробина», — считает Александр Голоднов.

Свою позицию он объясняет тем, что при малопрочной стали и прочных болтах в конструкции возникает «равновесное» состояние.

«Конструкции изготавливаются с определенными допусками. К примеру, для того, чтобы поставить болты диаметром 10 мм, нужны отверстия в панелях диаметром 11-12 мм. Уплотнители не обеспечивают затяжку болтов, поэтому при загрузке силоса происходит постепенная обтяжка всех соединений, выбираются все люфты (податливости) в болтовых соединениях. А при наличии других несовершенств происходит небольшое смятие основного металла более прочными болтами, то есть, все элементы работают совместно», — рассказывает Александр Иванович.

Совсем другая ситуация с высокопрочными сталями. Они имеют малую площадку текучести, вследствие чего начинают либо срезать болт (если он малопрочный), либо разрушаться при смятии.

«Хорошо, если будет сминаться основной металл, гораздо хуже, если будут срезаться болты. Срез болтов — признак разрушения всей конструкции силоса, а не какого-либо отдельного соединения. Выключение из работы даже одного болта потребует перераспределения усилий на оставшиеся, двух болтов – еще большее перераспределение, три – еще больше, и т.д. до полного разрушения конструкции силоса», — подчеркивает эксперт.

НЕПРАВИЛЬНО РАССЧИТАННЫЕ ВЕТРОВЫЕ И СНЕГОВЫЕ НАГРУЗКИ НА КРЫШУ

Еще одна «классическая» ошибка, которая ведет к разрушению силосов, — это неправильно определенная ветровая и снеговая нагрузка на крышу. Сейчас в Украине по действующему законодательству принят максимальный показатель этой нагрузки для сооружений — 180 кг/м².

«При расчете силосов на этапе заказа необходимо учитывать снеговую нагрузку на крышу силоса. Она должна быть не меньше 140 кг/м². Такой расчет должен обезопасить силос в снежную и ветреную зиму. При обледенении кровли и большом порыве ветра, кровля испытывает невероятные нагрузки», — объясняет начальник технического отдела Группы АГРОТРЕЙД Сергей Щербань.

Как рассказывают участники рынка, нередки случаи, когда продавцы некоторых импортных силосов беззастенчиво манипулируют данными о снеговых и ветровых нагрузках. Чтобы реализовать свою продукцию, они снижают цену на силос и при этом умалчивают, что продают крышу с заниженной ветровой и снеговой нагрузкой. Либо же на просьбу заказчика предоставить оборудование с более высокими показателями по ветровой и снеговой нагрузке, меняют лишь цифру в документации, оставляя предложенный ранее вариант крыши. Понятно, что это ведет к разрушению силосов.

«Причины всех основных падений, которые были в Украине и в России за последнее время — это заниженная снеговая и ветровая нагрузка, — говорит Иван Кунь. — За последние два десятилетия снеговые нагрузки в Украине менялись 3 раза и все в сторону увеличения. Три года назад в Украине были очень большие снегопады. У тех, кто после них «выжил» — крыши с нормальной снеговой и ветровой нагрузкой. Но некоторые силосы в Украине упали».

«Случаи, когда силос не выдерживает снеговой нагрузки, можно охарактеризовать тремя словами: «жадность фраера сгубила». Если вы хотите, чтобы конструкция силоса эксплуатировалась продолжительное время, добавьте в конструкции покрытия чуть больше металла — увеличение веса покрытия на 20% приведет к утяжелению всей конструкции на 5-10%. Поставьте дополнительные распорки и стойки, уменьшающие расчетные длины сжатых и сжато-изогнутых элементов. Но у нас на крыше обычно экономят», — считает Александр Голоднов.

Эксперт акцентирует внимание на том, что если стенка силоса работает практически на растяжение (сжатие воспринимают вертикальные элементы-ребра), то конструкции крыши работают на сложные виды нагружения: сжатие с изгибом, растяжение с изгибом и изгиб с кручением.

«Учитывая, что силосы являются довольно высокими сооружениями, при их монтаже возможно накопление отклонений размеров от проектных по высоте и в плоскости (т.н. эллипсоидность). Поскольку при расчетах подобные факторы воздействия на конструкции не учитываются, в реальных конструкциях покрытия могут возникнуть очень большие непроектные усилия. Хотя, если рассматривать вопрос в практической плоскости, то процесс выпадения снега не является мгновенным: он легко прогнозируется. И при хорошем обслуживании зданий не представляет опасности — всегда можно набрать людей для очистки крыш», — объясняет профессор.

Что же касается ветровых нагрузок, то по его словам, они опасны для силосов с очень большой боковой поверхностью, которые находятся в незагруженном состоянии. Для загруженных силосов ветровая нагрузка опасности не представляет.

Все эксперты едины во мнении — избежать неприятностей с крышами можно лишь покупая силосы у надежных и проверенных поставщиков, чьи емкости для хранения зерна прошли испытание временем, ветрами и снегом, а самое главное – конструкции должны быть сертифицированы в нашей стране.

НЕНАДЕЖНЫЕ ОПОРЫ

Специалисты утверждают, что привести к беде могут неграмотно поставленные или сделанные не из того профиля опоры.

Начальник технического отдела Группы АГРОТРЕЙД Сергей Щербань рекомендует обращать внимание на опоры надсилосных галерей.

«Если проектом предусмотрена опора части данной галереи на конус крыши силоса, то, как правило, зимой из-за обледенения или большого снега это может привести к полному разрушению силоса», — подчеркивает Сергей Щербань.

А профессор Александр Голоднов в свою очередь акцентирует внимание еще на двух позициях: промежуточной опоре силоса и металлических колоннах, на которые устанавливаются емкости для зерна с конусообразным днищем.

«Плохо, что люди, пытаясь уйти от дополнительных затрат, меняют конструкцию комплекса. Ведь для того, чтобы загрузить зерно в силос, его надо подать к загрузочному отверстию на большой высоте. Подача зерна выполняется с помощью транспортеров, которые устанавливаются на стальных галереях. Галереи, как правило, опираются на верхушку силоса и на промежуточные опоры между силосами. Но зачастую промежуточные опоры между силосами не хотят ставить, в связи с чем приходится опирать галерею на вертикальные ребра по краю силоса. В этом случае вертикальные ребра делают из более мощного профиля, что исключает равномерное растяжение силоса в процессе нагружения. Силос — это бочка, которая должна свободно растягиваться при загрузке и возвращаться в исходное положение после выгрузки зерна. Насколько это опасно для конструкции силоса, сложно спрогнозировать. Это можно обосновать результатами расчета и изучения опыта использования таких конструкций», — отмечает Александр Голоднов.

Он также советует обращать внимание на опорные металлические конструкции под силосами с конусным днищем.

«Приезжают люди, говорят, что у них упал силос. Оказывается, начали монтировать силос на опорах и забыли поставить связи между опорными колоннами по контуру. Если колонна рассчитана работать вместе со связями, а вы забыли их поставить, что произойдет? Естественно, колонны потеряли устойчивость, а силос завалился набок. В него успели загрузить только 100 т зерна вместо 400 т, на которые он был рассчитан. О чем думали проектировщики, изготовители, монтажная и эксплуатирующая организации? Кто принимал это сооружение в эксплуатацию? Как можно было загружать силос, если он смонтирован с недоделками?» — недоумевает эксперт.

По его словам, необходимо следить, чтобы в опорах, распорках и других элементах был применен профиль, который соответствует требованиям нормативной документации.

«Имеющиеся в нормативной документации ограничения по гибкости элементов не присланы нам с Марса по факсу, а получены путем изучения не одним поколением инженеров действительной работы конструкций. И поверьте, за этот опыт заплачено очень дорого, в т.ч. и кровью», — резюмирует Александр Голоднов.

ОШИБКИ ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ

Даже грамотно спроектированный и смонтированный силос может разрушиться, если его неправильно эксплуатировать.

«Металлические емкости для хранения зерна требуют строжайшего квалифицированного подхода в процессе их эксплуатации. Малейшее отклонение от соблюдений требований технического регламента при эксплуатации подобного рода оборудования, как правило, приводит к созданию неуправляемой предаварийной обстановки, способной привести к масштабным катастрофическим разрушениям», — говорит коммерческий директор группы «РОСТОК-ХОЛДИНГ» Дмитрий Купавцев.

Он предупреждает, что беда не приходит одна — разрушающийся силос, как правило, задевает и другие объекты.

«С учётом компоновки современных элеваторных комплексов разрушение одного из силосов не ограничивается только его повреждением и, как правило, ведёт к повреждению или частичному разрушению рядом расположенных объектов: смежных силосов, зерносушилок, технологического и транспортного оборудования, коммуникаций и систем электро- и газоснабжения», — подчеркивает Дмитрий Купавцев.

Причинами падения, по словам коммерческого директора группы «РОСТОК-ХОЛДИНГ» могут быть неравномерные загрузка или выгрузка силоса.

«Согласно инструкции, зерно должно поступать в пустой силос сначала в центральную воронку. В случае подачи зерна через крайние воронки, из-за сильного давления на стенку силоса, последний может деформироваться, буквально «сложиться гармошкой», — говорит Дмитрий Купавцев.

В свою очередь начальник технического отдела Группы АГРОТРЕЙД Сергей Щербань обращает внимание, что к разрушению силоса может привести не только неравномерное наполнение, но и неправильная выгрузка.

«При выгрузке силоса очень важно контролировать «зависание» зерна, которое может формироваться из-за отпотевания зерна в процессе длительного хранения. Данная ситуация может привести к тому, что нижняя часть силоса выгрузится полностью, а в верхней будет оставаться зерно, что может повлечь за собой «складывание» или переворачивание силоса», — отмечает представитель Группы АГРОТРЕЙД.

По словам экспертов, при выгрузке важно, чтобы в первую очередь открывалась центральная задвижка, а не боковые.

Сергей Щербань говорит, что сегодня предотвратить ошибку с выгрузкой помогает автоматизация: «Плоскодонные силосы длительного хранения, как правило, оборудованы выгрузными воронками, которых может быть 4–7 и больше. Их количество зависит от диаметра силоса. Центральная воронка оборудована автоматической выгрузной задвижкой, все остальные по периферии — ручными задвижками. Это делается для того, чтобы избежать несрабатывания одной из задвижек и недопущения ситуации с неравномерной выгрузкой силоса».

«Зерно в этом случае стекается в одну сторону и неравномерно давит на стенку силоса и на фундамент. Естественно, фундамент уже не возвращается в прежнее положение, потому что в отличие от металла, грунт не обладает свойством упругости. При последующей неравномерной загрузке или разгрузке фундамент еще больше перекашивается. А если у силоса высота под 20 метров, то произойдет смещение верха силоса (крен). Представляете, что с этим силосом может быть? В лучшем случае – просто развитие деформаций, в худшем – обрушение», — объясняет Александр Голоднов.

Он рассказывает еще об одной ошибке, которая стала причиной разрушения крыши на одном украинском элеваторе.

«Если закрыть вентиляционные отверстия в крыше, и начать резко выгружать зерно, вакуум затянет крышу обратным подсосом, и она просто сложится в середину силоса. Так и произошло сразу с несколькими силосами на одном элеваторе», — объясняет Александр Голоднов.

Однако самой главной проблемой эксперт считает использование силосов не в том режиме, для которого они предназначены.

«Чтобы силосы были надежны в эксплуатации, они должны использоваться либо для длительного хранения зерна, либо для временного. Этот показатель необходимо прописать в нормативных документах. Одно дело, когда силос в течение полугода один раз загрузился и разгрузился, и совсем другое — когда он при большом количестве циклов «загрузка-разгрузка» постоянно растягивается и сжимается. У силосов, предназначенных для временного хранения, должны быть более высокие класс и категория ответственности. Это значит, что при расчетах необходимо применить более высокий коэффициент ответственности — не 0,95, а, к примеру, 1,25. Такой силос будет дороже, но и конструкция будет стоять долго, а самое главное, надежно», — резюмирует Александр Голоднов.

ПРОФИЛАКТИКА — ЗАЛОГ ДОЛГОЛЕТИЯ СИЛОСА

Даже если на элеваторе не удалось избежать проектных, строительных или монтажных ошибок, предотвратить разрушение силоса можно благодаря своевременному обнаружению неполадок. Для этого необходимо постоянно наблюдать, что происходит на объекте.

«Специальная служба должна наблюдать за состоянием болтовых соединений. Они ведь в любом случае никуда не денутся, упадут на землю. Пошел отстрел болтов — значит, начались локальные процессы разрушения, которые могут привести к аварии всей конструкции. Необходимо регулярно заменять срезанные болты, вести наблюдения за конструкциями, фиксировать появление и развитие дефектов и повреждений», — говорит Александр Голоднов.

Он советует пользоваться специальными приборами, с помощью которых можно вести наблюдения за напряженно-деформированным состоянием конструкций.

«Можно наблюдать за фундаментами и конструкциями силосов, используя геодезические методы. Сейчас много геодезических приборов. Есть и такие, которые позволяют вести наблюдения в режиме реального времени с выводом информации на компьютер. Они могут сообщать об отклонениях от нормы, например, если силос начал расширяться больше, чем надо. А дело специалистов – правильно оценить полученную информацию и сделать соответствующие выводы», — рассказывает Александр Голоднов.

Специалисты-эксплуатационники в свою очередь говорят, что избежать разрушения силоса помогает система автоматизации.

«Если речь идет об элеваторе, который смонтирован из импортного оборудования, то благодаря практически полной автоматизации можно минимизировать или даже исключить влияние «человеческого фактора», — говорит коммерческий директор группы «РОСТОК-ХОЛДИНГ» Дмитрий Купавцев.

Инна Воробьева, Еlevatorist.com