Schüttguteinwirkungen auf Silobauwerke - Loads due to bulk material in silos and tanks

Many silos have fully eccentric discharge openings. Although intensive research had been conducted in the past years the pressure on such structures due to the bulk material during discharge is still uncertain. That¿s why the European Standard EC1 Part 4 limits the eccentricity of the centre of the outlet to 1/4 of the radius of the bin. A non-linear dynamic finite element program has been evaluated to simulate flow of non-cohesive granular media in silos of arbitrary shape and dimensions. The accuracy of the numerical analysis is highly dependant on the used material model. Therefore various complex constitutive models are implemented in the program. A special thin-layer interface element is used to describe the interaction between the material and the walls. Dynamic effects which are important during discharge are also considered. Results - stresses and velocities of the granular material - during discharge of silos with different eccentricities are calculated. The wall loads are compared with the models given in various Standards. The intention of the ongoing studies is to provide better tools for estimation of the actions on the structure. Trotz intensiver Forschung in den letzten Jahren ist die Ermittlung der Schüttguteinwirkung auf Silozellen bei exzentrischer Entleerung mit großen Unsicherheiten behaf-tet. Daher sind die Rechenverfahren im EC1 Teil 4 nur für Silos zulässig, deren Öffnung eine Exzentrizität von weniger als 1/4 des Siloradiuses aufweist. Da in der Praxis erheblich größere Exzentrizitäten ausgeführt werden sind Berechnungsansätze hierfür dringend erforderlich. Im Rahmen des Forschungsprojektes wird ein physikalisch und geometrisch nichtlineares 3-D Finites Element Programm entwickelt, welches es gestattet, die Schüttguteinwirkungen von Silozellen beliebiger Geometrie sowohl während des Füllvorganges als auch bei der dynamischen exzentrischen Entleerung zu bestimmen. Verschiedene komplexe Material-modelle wurden implementiert. Weiterhin wurde ein 3D Inter-faceelement entwickelt. Große Probleme bereiten insbesondere die langen Rechen-zeiten. Daher werden in Zusammenarbeit mit dem Institut für Angewandte Mathematik der Universität Dortmund effizientere numerische Verfahren entwickelt. Die Ergebnisse der FE-Analysen sollen dazu dienen, praxis-gerechte Berechnungsmodelle zu entwickeln.

Stichwörter

• Granular flow
• Schüttguteinwirkungen
• Silos