
- •3. Расчет подкрановых и тормозных балок
- •3.1 Определение усилий в подкрановой и тормозной балках; подбор сечений подкрановой и тормозной балок и проверка их прочности
- •1. Разработка схемы стального каркаса цеха
- •Определение основных размеров поперечной рамы цеха
- •1.2 Разработка схем горизонтальных связей в плоскости верхних и нижних поясов стропильных ферм; вертикальных связей между фермами и колоннами
- •1.3. Разработка схем продольного и торцового фахверков
- •2. Статический расчет поперечной рамы
- •2.1 Определение нагрузок на раму
- •2.2 Заполнение бланка исходных данных для эвм
- •2.3 Определение невыгодных сочетаний усилий для сечений колонны и анкерных болтов
- •4. Конструктивный расчет колонны
- •4.1 Определение расчётных длин колонны
- •4.2 Расчёт нижней части колонны
- •4.3 Расчёт верхней части колонны
- •4.4 Расчет сопряжения верхней части колонны с нижней
- •4.5 Расчет базы сквозной колонны
- •4.6 Расчёт анкерных болтов
- •5. Расчет ригеля рамы
- •5.1 Определение усилий в стержнях ригеля
- •5.2. Подбор сечений стержней фермы
- •5.3. Расчёт узлов ригеля
- •Литература:
- •Введение
- •Содержание
3. Расчет подкрановых и тормозных балок
3.1 Определение усилий в подкрановой и тормозной балках; подбор сечений подкрановой и тормозной балок и проверка их прочности
Подкрановые балки рассчитываются на два наиболее неблагоприятных по воздействию крана. При определении расчетного давления колеса крана обязательно учитывается коэффициент динамичности.
Вертикальная расчётная нагрузка на одно колесо крана:
;
где,
–
максимальное нормативное
давление колеса крана, принимаемое по
ГОСТ;
γf – коэффициент надежности по нагрузке, принимается γf=1,1;
γ1 – коэффициент динамичности, принимаем равным γ1=1, так как в проекти
руемом здании предусматриваются краны среднего режима работы.
Получаем:
;
.
Горизонтальная расчётная нагрузка от поперечного торможения тележки с грузом, приходящаяся на одно колесо определяется по формуле:
;
где,
k – коэффициент, учитывающий тип подвеса груза, принимаю k=0,1 – жесткий
подвес;
Q – вес груза (грузоподъемность Q=1250кН);
GT – вес тележки GT=400кН;
n0 – число колес крана, расположенных на одном рельсе, принимаю 4штуки.
Получаем:
Расчетная горизонтальная нагрузка, вызываемая продольным торможением моста крана, вычисляется по формуле:
;
где,
nT
– число колес
тележки
;
ψ – коэффициент сочетаний, принимаю равным 0,85;
k – расчетное число кранов в пролёте, принимаю равным 2.
Получаем:
Нагрузку на тормозные
конструкции принимают по технологическим
заданиям, но не менее pн=1,5кПа
(
=1,3).
При распределении этой нагрузки между
поясами подкрановой и тормозной балок
учитывают свес кранового моста и зазор.
Для крайнего ряда колонн погонная
нагрузка на пояса балок:
;
где,
p – расчетная погонная нагрузка, p= pн∙γf =1,5∙1,3=1,95кПа ;
высота
сечения верхней части колонны, равна
0,7м;
высота
сечения нижней части колонны, равна
1,5м;
Получаем:
кН/м;
кН/м.
Расчетная постоянная нагрузка от веса балки с рельсом и тормозной конструкцией:
кН/м;
где,
α – коэффициент веса балки, равный α=0,4, так как балка проектируется под
кран грузоподъемностью 125т;
gр – вес одного метра подкранового рельса, равный 1,181кН;
коэффициент
перегрузки, равный 1,05.
Получаем:
.
Положение грузов на балке будет отвечать максимуму Мх, если выполняется два критерия:
и
,
где,
R1 – равнодействующая грузов, расположенных на участке a (а=3м) без учета
критического груза FКР (R1=262кН);
FКР – груз, расположенный на вершине линии влияния (Fкр=626кН);
∑Fi – сумма давления всех грузов, расположенных на балке пролетом l=6м.
(∑Fi=2*F2=2*626)
Значения принимаем согласно эпюрам на рисунке
Проверка:
;
.
Оба критерия выполняются, поэтому расстановку грузов оставляем без изменения.
Рисунок – Линии влияния изгибающих моментов и поперечных сил в сечениях
балки
Вычислив ординаты линии влияния, определим изгибающие моменты в подкрановой балке от вертикальной нагрузки по формуле:
,
где,
ψ – коэффициент сочетаний ψ=0,85, так как в пролете работают два крана
среднего режима работы;
Fi – вертикальная расчетная нагрузка на одно колесо крана;
Yi – ординаты линии влияния под грузом Fi;
ω – площадь линии влияния;
pп – временна нагрузка, действующая на подкрановую баку.
Получаем:
кН∙м
Изгибающий момент My от горизонтальной нагрузки определяется при том же положении колес крана, что и при вертикальной нагрузке.
Получаю:
кН∙м
Изгибающий момент в середине наружного пояса тормозной балки определяю по формуле:
кН∙м
Поперечные силы определяем по линиям влияния на опоре балки QA и в том же сечении, что и изгибающие моменты:
.
Получаем:
кН
кН
Для расчета поясных швов и узлов крепления подкрановых балок вычислим поперечную силу на опоре балки от горизонтальных сил:
кН
Компоновка сечения балки определяется по требуемому моменту сопротивления по наибольшему изгибающему моменту в балке:
,
где,
β – коэффициент, учитывающий влияние горизонтальной нагрузки, принимаем
равным 0,9;
Ry – расчетное сопротивление стали балки, равное 380 МПа.
Получаем:
Вычисляем высоту стенки балки по приближенной формуле:
.
Определяем минимальную высоту балки из условия требуемой жёсткости:
Принимаем высоту балки согласно сортаменту 85 см.
По большей высоте определим толщину стенки, из условия прочности на срез от поперечной силы на опоре:
.
Из условия постановки только поперечных ребер жесткости, для обеспечения местной устойчивости стенки балки, толщина стенки составит:
.
Принимаем толщину стенки равной t=10 мм=1см, согласно сортамента.
Определим оптимальную высоту стенки по формуле:
;
.
Сечение стенки принято 850 х 10 мм, согласно сортамента.
Суммарную площадь сечения поясов определим по формуле:
;
Площадь верхнего пояса с учетом коэффициента β будет равно:
см2
Площадь нижнего пояса будет равной:
см2
Ширину верхнего пояса назначают из соотношения:
,
где,
минимальная
ширина верхнего пояса, равная 45см, так
как кран грузо
подъёмностью 125т и тормозная конструкция сплошная.
Получаем:
;
Принимаем
Толщина верхнего пояса будет равна:
Принимаем
Принимаем сечение верхнего пояса равным 450 х 22 мм.
Проверим устойчивость пояса:
,
Получаем:
Устойчивость пояса обеспечена.
Ширина нижнего пояса:
см.
Принимаем сечение нижнего пояса равным 380 х 8 мм.
Определим геометрические характеристики сечения подкрановой балки:
-площадь поясов:
см2
см2;
-площадь сечения
подкрановой балки:
см2
Рисунок – Поперечные сечения подкрановой и тормозной балок
Определим координату центра тяжести сечения балки:
;
Моменты инерции относительно нейтральной оси, брутто и нетто:
;
Моменты сопротивления для верхней и нижней точек сечения:
;
.
Статические моменты верхнего S2, нижнего S1 поясов и полусечения S:
;
.
Геометрические характеристики тормозной балки:
Для швеллера №18: A=20,7см2; Ix=1090см4; Iy=86см4; Wx=121см3.
Лист тормозной балки толщиной 6мм.
Площадь сечения балки:
.
Координата центра тяжести:
.
Моменты сечения инерции брутто и нетто:
;
;
.
Моменты сопротивления для крайних точек тормозной балки:
;
.
Проверка напряжений.
Максимальные напряжения общего изгиба – нормальное в середине балки определяют по формулам:
;
;
;
где,
коэффициент условия
работы, равен 1;
сила
продольного торможения от расчётного
количества кранов.
Касательные напряжения на опоре подкрановой балки вычисляются по формуле:
;
где,
Прочность верхнего пояса проверяют по двум формулам, так как одновременный учёт сил продольного и поперечного торможения не допускается.
Получим:
;
;
;
Для проверки прочности по местным напряжениям предварительно определим сумму собственных моментов инерции пояса и кранового рельса - I1f,
.
Определим условную длину распределения местного давления по формуле:
,
где,
с – коэффициент, равный 3,25 – для сварных и прокатных балок.
Получаем:
,
Тогда:
,
где,
коэффициент увеличения вертикальной нагрузки на отдельное колесо
крана, вследствие неравномерного распределения давления, равный 1,1.
Получаем:
Для стенок балок должны
так же выполнятся условия прочности по
приведенным и средним касательным
напряжениям:
,
Предварительно вычисляем:
;
получим:
;
.
Вычислим прочность по приведенным напряжениям:
.
Прочность наружного пояса:
.
Получим:
.
Жесткость подкрановой
балки проверяем от нормативной нагрузки
по формуле:
Вычислим момент от
нормативной нагрузки:
.
Откуда:
Условие жесткости выполняется.
Для определения толщины верхних поясных швов необходимо вычислить усилия T и V на опоре балки:
;
;
Тогда:
;
.
Тогда катет по металлу шва:
катет по металлу границы сплавления:
,
где,
катеты
формы шва, определяемые в зависимости
от вида сварки
,
;
расчетное
сопротивление угловых швов срезу по
металлу шва, принимае
мое в зависимости
от вида сварочного материала
;
расчетное сопротивление
угловых швов срезу по металлу границы
сплав
ления,
определяемое по формуле:
;
коэффициенты
условий работы шва, равные единице;
коэффициент
условий работы конструкции, равный
единице.
Тогда:
мм;
мм.
Принимаем катет шва
При расчёте опорного
ребра, принимаем
толщину ребра равной толщине пояса
Ширину ребра определим из условия
прочности на торцевое смятие от опорного
давления:
где,
МПа.
Тогда:
см.
Принимаем b=200мм.
Рисунок
– Сечение опорного ребра балки
Проверим устойчивость ребра, предварительно определив:
см;
см4;
см2;
см,
,
откуда φ
= 0,96 (поучено интерполяцией).
В расчетную площадь включено ребро и устойчивая часть стенки
см2.
Проверим условие устойчивости:
.