Дисертацію присвячено побудові наукових принципів і розробці на їх основі нових конструкцій силосів, які відповідають вимогам ефективності та експлуатаційної надійності. Запропоновано фізичну модель процесу руху сипучого матеріалу всередині ємності під час розвантажування та формування його тиску на стіни силосів. Здійснено її експериментальне та теоретичне обгрунтування. Встановлено граничні значення підвищення тиску сипучого матеріалу на стіни силосів під час розвантаження. Обгрунтовано гіпотезу про підвищений нагрів і руйнування стін силосів у процесі позацентрового розвантаження гарячого сипучого матеріалу. Запропоновано методики розрахунку несучої здатності стін силосів, їх жорсткості з урахуванням виникнення тріщин за твірними. Розроблено нові конструкції силосів з раціональним формуванням технологічних впливів, впроваджені в процесі нового будівництва та реконструкції.

Наведено класифікації з конструкцій і технологічних методів будівництва зернопереробних комбінатів і зерносховищ. Розглянуто будівництво металевих силосів методом підрощування. Запропоновано для усунення недоліків, пов'язаних з монтажем конструкцій, подальше вдосконалення технології влаштування шляхом вивчення затрат праці, у тому числі енергетичних, моделювання процесу монтажу з пошуком вузьких місць і рекомендацій з їх усунення.

Для уторних вузлів вертикальних циліндричних резервуарів (ВЦР) встановлено межі застосування шарнірної та рамної розрахункових схем вузлів сполучення стінки з днищем залежно від податливості основи та конструктивного рішення вузла. На відміну від існуючих методик розрахунку крайового ефекту в уторних вузлах ВЦР для варіантів шарнірного та жорсткого сполучення стінки з днищем запропоновано узагальнені залежності, що дозволяють для резервуарів великих об'ємів визначити компоненти напружено-деформованого стану (НДС) (прогини, меридіональні, кільцеві та приведені напруження) з урахуванням податливості основи та конструктивного рішення вузла, наявність захисної стінки. На прикладі вузлів сполучення воронки та стінки залізобетонних циліндричних силосів з металевою воронкою з єдиних методичних позицій одержано узагальнені залежності показників НДС (переміщення та напруження у залізобетонній стінці силосу та металевої воронки) від значущих чинників для жорсткого та шарнірного варіантів сполучення.

Вперше встановлено закономірності впливу конструктивних рішень щодо будівництва зерносховищ на прогнозовані техніко-економічні показники (ТЕП) проектів будівництва, що визначають напрямки та можливу ефективність заходів з удосконалення прогресивного методу підрощування. Вперше встановлено закономірності зростання зусиль, енергетичних витрат і категорії важкості праці монтажників зі збільшенням висоти та діаметру частини силосу, що підіймають. Це дозволило обгрунтовано керувати заходами із дотримання затверджених в Україні санітарних вимог і безпеки праці робітників. Набуло подальшого розвитку обгрунтування меж можливого застосування різноманітного вантажопідйомного обладнання залежно від конструктивних особливостей силосного корпусу зі сталі, що дозволяє більш зважено та з урахуванням прогнозованих енерговитрат підходити до вибору доцільного варіанту монтажного обладнання ще на стадії технічного завдання для робочого проектування. Показано доцільні напрями та розроблено конструктивно-технологічні рішення з будівництва металевих циліндричних зерносховищ для скорочення тривалості та строків їх зведення з оцінкою необхідних для цього інвестицій та одночасним підвищенням безпеки праці монтажників під час виконання робіт.

Проведено виклад результатів пошуку нових, більш економічних конструктивних рішень металевих силосів, а саме: аналіз існуючих типів поперечного перерізу профілів сталевої стінки такого силосу та розроблення менш матеріалоємного перерізу гофрованого профілю. Досліджені існуючі типи профілів ємнісних конструкцій та їх напружено-деформований стан при дії навантаження. Аналіз виконувався за результатами обчислювальних експериментів. Об'єктом для дослідження були математичні комп'ютерні моделі. Розрахунки проведено з використанням методу скінчених елементів. Для обчислювального експерименту був використаний проектно-обчислювальний комплекс Structure CAD для Windows. У роботі були отримані дані, що дозволяють оцінити роботу профілів та знайти більш ефективний тип поперечного перерізу з точки зору його матеріалоємності. Розроблений новий тип профілю для ємнісних конструкцій, що має більш високу ефективність використання та вузол кріплення окремих сталевих листів із даним типом профілю. Запропоновано новий тип поперечного перерізу профілю гофра для сталевих стінок силосних споруд, який має підвищену несучу здатність і жорсткість та надає можливість зменшити товщину металу, не змінюючи при цьому несучу спроможність конструкції, чим знижує матеріаломісткість всієї конструкції. Застосування запропонованих рішень дозволяє підвищити економічність, технологічність та ремонтопридатність конструкції стінок сталевих силосів. Одержані в дослідженнях результати свідчать про перспективність подальшого розвитку науково-дослідних робіт із пошуку нових, більш економічних рішень сталевої гофрованої стінки для силосних споруд, також інших способів зменшення матеріалоємності конструкцій для зберігання сипучих матеріалів.

Проаналізовано геометрично нелінійні контактні задачі для системи смуг. Особливості наведененої задачі полягають у дослідженні напружено-деформованого стану двох смуг, сполучених болтовим кріпленням із зазором і навантажених рівномірно розподіленим по верхній кромці поперечним зусиллям. У цій постановці задачі присутні геометрична та структурна нелінійності. Одержано основні закономірності напружено-деформованого стану елементів силосів.

Розроблено багатофакторні моделі, що дозволяють визначити трудомісткість виконання робіт по підсиленню конструкцій залізобетонних силосних корпусів, користуючись результатами візуального обстеження конструкцій.

Досліджено поведінку циліндричної металевої ємності під навантаженням за різної кількості вертикальних ребер жорсткості як для коротких споруд із закріпленням усіх точок, так і для відносно високих споруд із закріпленням лише опорних точок ребер. Величини радіальних прогинів порівняно для ємностей, виконаних із плоских і профільованих листів різної товщини. Приділено увагу формі, довжині та основним геометричним характеристикам вертикальних ребер та їх впливу на роботу ємності. Зазначені наближені формули, які надають змогу оцінювати площу поперечного перерізу, моменту інерції та моменту опору ребра в широкому діапазоні значень товщин. Наведений числовий приклад ілюструє зручність виконання попередньої оцінки товщини ребра в запас надійності. Проаналізовано зміну внутрішніх зусиль поздовжньої сили та згинального моменту у вертикальних ребрах та їх радіальний прогин за вісесиметричного розтягувального зусилля в ємності та за дії асиметричного навантаження за епюрою вітрового тиску.

На прикладі тестової задачі досліджено особливості впливу різних чинників на напружено-деформований стан (НДС) складених тонкостінних конструкцій із болтовим з'єднанням окремих елементів. Прикладом таких конструкцій є металічні зерносховища - силоси, які складаються з панелей, що з'єднуються болтами. Тестова конструкція містить дві вузьких плоских смуги, з'єднаних внакид. У отвори в цих смугах розміщений болт із попереднім затягуванням. Ураховується тертя і проковзування смуг і болта, контакт бічної поверхні болта і отворів, а також взаємний вплив вигину і розтягування. Таким чином, у моделі враховані геометрична, фізична і структурна нелінійності. Система піддається дії поперечного навантаження, яке прикладене до однієї сторони смуги. Моделюється поетапне навантаження систем. Встановлено, що у разі навантаження досліджувана система набуває прогин, який нерівномірно зростає з ростом навантаження. Це зумовлено тим, що на нього впливає і пружна деформація смуг, і взаємне проковзування в зоні з'єднання. За остаточного вибирання зазору між болтом і отворами в панелях відбувається переважно пружне деформування системи. Після першого розвантаження в системі установлюється залишковий прогин. Також встановлено, що у системі діють поздовжні зусилля, які можуть бути набагато більшими від поперечних сил від навантаження. Характерним є сильний взаємний вплив вигину і розтягування смуги. У результаті досліджень встановлено чинники, що визначають НДС дослідженої системи: геометрична нелінійність, контактна взаємодія, тертя та проковзування, зв'язаність вигину і розтягування. Таким чином, без урахування всіх цих чинників розрахункова модель для подібних тонкостінних конструкцій буде неадекватною, результати розрахунків із її застосуванням матимуть значні похибки, а рекомендації - недостовірними. Здійснені дослідження надають можливість розроблення більш адекватних моделей для аналізу реакції складених тонкостінних конструкцій на дію навантаження.

Наведено методику оцінки функції надійності конструкції вертикальних циліндричних силосів при дії сейсмічних впливів. Розроблений підхід грунтується на теорії статичної сейсмостійкості, розробленої В. В. Болотіним. Враховується випадковий характер геотектонічних збуджень та стохастичні властивості матеріалу. Запропонована методика може застосовуватися як для прямих імовірнісних розрахунків конструкцій силосної ємності так і для загального нормування сейсмічних впливів на будівлі та споруди. Оцінка умовної імовірності відмови конструкції отримана в двох варіантах - відповідно до моделі абсолютних максимумів та на основі експоненціальної моделі, яка базується на розподілі Пуассона. Зазначені зручні практичні формули для визначення повної функції надійності, які являють собою аналітичний комплексний вираз, що поєднує різні параметри: власну частоту конструкції, тривалість інтенсивної фази землетрусу, параметр повторюваності землетрусу, імовірнісні характеристики завантажувального ефекту конструкції, строк експлуатації конструкції та ін. Обмеженістю викладеного матеріалу є застосування описаного підходу лише для конструкцій, які працюють лінійно. Проте якщо нелінійність конструкцій досить невелика можливе використання методу статистичної лінеаризації.

Вирішуються практичні питання імовірнісного розрахунку листів корпусу вертикальних сталевих ємностей для зберігання зерна. Пошук функції надійності базується на загальній авторській методиці, що полягає у пошуку характеристик випадкової величини критичного фактору. При цьому випадкові величини максимумів горизонтального тиску сипкого матеріалу представлені у двох виглядах - з урахуванням кореляційного зв'язку його складових (питомої ваги, кута внутрішнього тертя, коефіцієнту бокового тиску та коефіцієнту тертя об стінку) і для випадку повністю незалежних величин. Розглянуто можливі шляхи спрощення еталонної кривої Янсена-Кенена для горизонтального тиску та заміною її на білінійну залежність. При цьому представлені два шляхи отримання апроксимуючих кривих. Метод дотичних базується на побудові дотичних в точках верху та низу ємності зберігання. Для альтернативного методу виконується побудува січних з цих точок до точки середини ємності. Наведено графічне порівняння та аналіз даних методів із наступною аргументацією їх застосування. Показано, що метод дотичних набагато завищує значення горизонтального тиску за висотою ємності та призводить до найбільшої похибки в районі центральної частини, а метод січних апроксимує криву більш коректно. Отримана проста формульна залежність для апроксимованого виразу формули Янсена-Кенена в точному та наближеному вигляді, яка може бути застосоване для здійснення імовірнісних розрахунків стінки корпусу вертикальних сталевих ємностей зберігання.

Досліджено вплив параметрів гармоніки несиметричного навантаження, представленого тригонометричними косинусними рядами. Аналіз базується на результатах практичних розрахунків конструкцій силосних установок із використанням теорії моменту про вплив змінного вітрового навантаження. Модель конструкції силосів схематизується у вигляді ортотропної циліндричної оболонки обертання з різною приведеною товщиною стінки в меридіональному і круговому напрямках, що надає можливість приблизно, враховуючи наявність вертикальних ребер жорсткості. Нерівномірний розподіл вітрового навантаження за периметром ємності враховувався шляхом розкладання функції аеродинамічного коефіцієнта в скінченний тригонометричний ряд. Отримані значення реакцій відображалися в безрозмірній полярній системі координат. Числове дослідження та графічні схеми переміщень тіл показали, що параметри конструкції (відношення висоти та діаметра ємності, товщини корпусу та їх кількості) впливають на результат розрахунків якісно та кількісно. Для відносно високих або досить жорстких силосів оцінка реакції може бути обмежена членами ряду, які мають додатні коефіцієнти розкладання (перші чотири члени). Характер деформації таких конструкцій є досить гладким і немає потреби в тригонометричних косинусних функціях вищих гармонік для опису функції, яка поступово змінюється. Низькі силоси, які мають відносно невеликий індекс жорсткості ребер і покриттів, не могли бути притиснуті до середини ємності, а вигнуті зовні. Реципрочна форма деформації, яка характеризується вигином покриття зовні, вимагає більш високі члени ряду, які мають від'ємні значення. Отже, для силосів, які не мають достатньої локальної жорсткості на вигин, оцінка параметрів отриманої реакції повинна бути обов'язково проведена на такій кількості членів ряду, в яких не менше двох мають від'ємні коефіцієнти розкладання. Аналіз чутливості реакції силосів показав, що найбільш чутливими до числа рядів є зміщення силосу, а зусилля є менш чутливими, оскільки характер їх зміни під навантаженням мало залежить від зростання параметрів гармоніки.

Наведено історичні аспекти розвитку силосних конструкцій. Розглянуто конструкцію сталевих спірально-фальцевих силосів та спосіб формування циліндричного корпусу. Проілюстрована загальна конструкція спірально-фальцевого силосу. Описаний досвід експлуатації спірально-фальцевих силосів.