Определение расчетных сил и усилий

Особенности работы подкрановых балок

СПЛОШНОЙ СВАРНОЙ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ

КОМПОНОВКА СЕЧЕНИЯ И РАСЧЕТ

_____________________________________________________________

Главные особенности работы подкрановых балок:

– восприятие подвижной вертикальной нагрузки от крана, прикладываемой в любой точке по длине балки, а также оказывающей на нее динамическое воздействие;

– воздействие сравнительно больших сосредоточенных давлений от колес крана, передающихся через поясные швы на стенку балки и вызывающих ее смятие;

– наличие поперечных тормозных боковых сил, приводящих к изгибуверхней части балки в горизонтальной плоскости;

– на верхний пояс балки действует дополнительный крутящий момент, изгибающий стенку вследствие внецентренного приложения вертикальной нагрузки (при случайных смещениях рельса с оси подкрановой балки) и поперечных горизонтальных сил, приложенных в уровне головки рельса.

Нормы проектирования относят подкрановые конструкции к первой группе конструкций и регламентируют ряд специфических требований, которые необходимо учитывать при проектировании.

Пример 9.1. Подобрать сечение подкрановой балки составного двутаврового симметричного сечения под два электрических мостовых крана режима работы 5К грузоподъемностью Q = 100/20 т. Пролет цеха L = 30 м, шаг колонн В = 12 м. Ширина подкрановой части колонны h_н = 1250 мм.

Нагрузки на подкрановую балку приняты по табл. 6.2: нормативные значения давления на колеса крана F_{кn 1} = 450 кН и F_{кn 2} = 480 кН; вес тележки G_Т = 410 кН; тип кранового рельса КР-120 (ГОСТ 4121-76*). Количество колес на одной стороне крана n _о = 4. Материал конструкций – сталь класса С255 (температура эксплуатации t > –40 ^оС). Расчетное сопротивление R = 24 кН/см² для толщины свариваемых элементов t ≤ 20 мм.

Поясные швы выполняются автоматической сваркой сварочной проволокой марки Св-08А диаметром d = 4 мм. Расчет швов производится по металлу границы сплавления: R_wz = 16,65 кН/см²; β_z = 1,15; γ_wz = 1,0; γ_c = 1,0.

Коэффициент надежности по ответственности γ_n = 1,0.

Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса крана, расположенные на концевой балке кранового моста (см. рис. 7.2).

Схема крановой нагрузки приведена на рис. 9.1, а.

Рис. 9.1 К определению расчетных усилий в разрезной подкрановой балке:

а – схема крановой нагрузки от двух кранов; б – невыгоднейшая установка кранов для определения М _max; в – установка кранов для определения Q _max;

г – схема загружения балки одним краном для определения прогиба

г)

Продолжение рис. 9.1

Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с тележками, приближенными к одному подкрановому пути. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.

Определение расчетных сил. Расчетные значения вертикальных сил на колесе крана с учетом коэффициента надежности по ответственности γ_n составляют:

F_{k 1} = γ_nk ₁ γ_fF_{кn 1} = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 450 = 495 кН;

F_{k 2} = γ_nk ₁ γ_fF_{кn 2} = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 480 = 528 кН,

где k ₁ – коэффициент динамичности, учитывающий ударный характер нагрузок при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов. Коэффициент динамичности k ₁ принимается равным:

– при шаге колонн не более 12 м: k ₁ = 1,2 для групп режима работы мостовых кранов 8К; k ₁ = 1,1 для групп режимов работы 6К и 7К;

– при шаге колонн свыше 12 м k ₁= 1,1 для группы режима работы 8К;

– в остальных случаях k ₁ = 1,0;

γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок, принимаемый по [7, п. 4.8].

Нормативное значение горизонтальной силы, возникающей от торможения тележки с подъемным грузом Q = 100 т, при расчете балок для кранов режимов работы 1К – 6К определяется по формуле

Т_кn = β (Q + G_Т)/ n _o = 0,05 (9,8 ∙100 + 410) / 4 = 17,4 кН,

где β = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза и β = 0,1 – с жестким подвесом груза;

9,8 – коэффициент перехода от массы к весу груза.

При расчетах подкрановых конструкций под краны «особого» режима работы (7К и 8К) учитывают горизонтальную нагрузку, вызываемую перекосами кранов и не параллельностью крановых путей:

Т_кn = 0,1 F_кn.

Расчетное значение горизонтального усилия на рельсе крана

Т_k = γ_nk ₂ γ_f Т_кn = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 17,4 = 19,14 кН,

где k ₂ – коэффициент динамичности, принимаемый для группы мостовых кранов режима 8К – k ₂ = 1,1; в остальных случаях k ₂ = 1,0.

Определение расчетных усилий. Расчетные момент и поперечная сила от крановой нагрузки определяются по линиям влияния от установки двух спаренных кранов наибольшей грузоподъемности или путем построения эпюр моментов и поперечных сил от грузов при невыгоднейшем загружении подкрановой балки.

Для определения наибольшего изгибающего момента в разрезной балке от заданной системы сил следует установить грузы таким образом, чтобы равнодействующая всех грузов, находящихся на балке, и ближайший к ней груз были равноудалены от середины пролета балки (рис. 9.1, б), при этом наибольший изгибающий момент М _maxбудет находиться под грузом, ближайшем к середине пролета балки.

Величина равнодействующей четырех сил, действующих на балку:

R = 4 F_{к 2} = 4 ∙ 528 = 2112 кН.

Положение равнодействующей R

Для определения усилий в балке М _max и в месте максимального момента соответствующей поперечной силы Q находим опорные реакции:

F_а = R (2,375 + 2,8375) / 12 = 2112 ∙ 5,2125 / 12 = 917,4 кН;

F_b = R – F_а = 2112 – 917,4 = 1194,6 кН.

Определяем максимальный изгибающий момент М _maxв сечении под ближайшим к середине грузом от вертикальной нагрузки:

М _max = F_а (4,4125 + 0,8) – F_{k 2} ∙ 0,8 = 917,4 ∙ 5,2125 – 528 ∙ 0,8 = 4359,55 кН∙м.

Поперечная сила в месте М _max

Q = F_а – F_{k 2} = 917,4 – 528 = 389,4 кН.

Расчетное значение изгибающего момента М_x и поперечной силы в месте М _max от вертикальной нагрузки:

М_x = αψМ _max = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 4359,55 = 3890,9 кН∙м;

Q_M = αψQ = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 389,4 = 347,72 кН,

где α – коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановой конструкции и временную нагрузку на тормозной балке, предварительно принимае мый 1,03 для балок пролетом 6 м; 1,05 – пролетом 12 м; 1,08 – пролетом 18 м;

ψ – коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов при одновременном их воздействии и принимаемый при учете нагрузок:

– от двух кранов режимов работы 7К и 8К – ψ = 0,95;

– от двух кранов режимов работы 1К – 6К – ψ = 0,85.

При учете одного крана вертикальные и горизонтальные нагрузки принимаются без снижения.

Для определения максимальной поперечной силы на опоре Q _max необходимо установить один из грузов непосредственно над опорой, а остальные расположить как можно ближе к этой же опоре (рис. 9.1, в).

Определяем максимальную поперечную силу от вертикальной нагрузки:

Q _max = F^׳_a = [ F_{k 2}(12 + 11,2 + 8,05 + 7,25) + F_{k 1} (2,65 + 1,85)] 12 = 1879,6 кН.

Дата добавления: 2014-01-13