6. Расчет размеров поперечного сечения пролетной балки с рельсом над стенкой

6.1. Общие положения

Пролетные балки с рельсом над стенкой имеют более высокую степень использования материала, чем симметричные балки с рельсом на поясе. Это связано, в первую очередь, с тем, что верхний пояс может использоваться в качестве площадки для обслуживания тележки и, следовательно, не требуется устраивать специальные площадки, как это делается на кранах с балками обычной конструкции. При достаточны размерах внутри балки могут размещаться приводы механизмов передвижения крана и электрооборудование.

Типовое поперечное сечение балки показано на рис. 6.1.

Высота балки рассчитывается так же, как и высота балки с рельсом на поясе. Ширина балки . Толщина стенок δ₁>δ₂, толщина поясов δ₃≥δ₁. Поперечные ребра жест­кости выполняются в виде рам и располагаются с шагом в зависимости от конструкции и устойчиво­сти стенок и верхнего пояса. Верхний пояс подкрепляется од­ним или двумя продольными ребрами жесткости. Необходи­мость применения продольных ребер на стенках определяется устойчивостью последних.

Рис. 6.1. Схема поперечного сечения балки с ребрами жесткости

Вертикальное давление колес тележки, приложенное эксцентрично по отношению к центру кручения (т. О), вызы­вает скручивание балки.

Коробчатые балки имеют высокую крутильную жест­кость, поэтому касательные напряжения от кручения настоль­ко малы, что ими пренебрегают. Однако эксцентричное при­ложение нагрузки вызывает появление дополнительных по­перечных сил как в стенках, так и в поясах, и касательные на­пряжения от этих сил могут быть достаточно велики. Кроме того, эксцентричная нагрузка вызывает деформацию поперечных рамных диафрагм, что также должно быть учтено при расчетах.

6.2. Расчет размеров поперечного сечения

Условия обеспечения общей прочности и жесткости балки не зависят от типа её поперечного сечения. В связи с этим величину момента сопротивления W_х определяют по формуле (5.1) с учетом коэффициента неполноты расчета (см. табл. 5.1...5.5) по формуле (5.2). Величина момента инерции J_x определяется по формулам (5.8) или (5.9).

Поскольку стенки балки будут иметь различную толщину (δ₁>δ₂), приняв

(6.1)

оптимальные высоты по условиям прочности и жесткости можно определить по выражениям

(6.2)

Для наглядности целесообразно построить графики и по аналогии с графиками рис. 5.2 и для дальнейших расчетов принять большее из их значений.

При одинаковой высоте балки гибкость стенок будет различной и использовать ее в качестве критерия неудобно Рациональнее воспользоваться аналогией с выполненными конструкциями. Обычно у кранов общего назначения грузоподъемностью 5. ..50 т высота балок , [1, 2], а у кранов грузоподъемностью 80...320 т , где - пролет крана. Тогда в этих диапазонах суммарная толщина стенок может быть определена из функции

, (6.3)

или

(6.4)

Следует иметь в виду, что величины и определены исходя из различных условий, поэтому величины по формулам (6.3) и (6.4) в общем случае различны.

По технологическим причинам минимальная толщина стенки принимается не менее 5 мм. С точки зрения обеспечения местной устойчивости гибкость свободной стенки целесообразно ограничить: для углеродистых сталей S<265, для низколегированных сталей S≤225...240, что дает возможность обойтись установкой одного продольного ребра жесткости.

Ширина пояса принимается .

Тогда для оптимальной балки при выбранном значении высоты Н и сохранении значений или толщина пояса может быть определена по выражениям

(6.5)

или

(6.6)

С учетом замечаний к формулам (5.3) и (5.4) следует что формулы (6.5) и (6.6) не эквивалентны друг другу.

Желательно, чтобы , а если при этом расстояние между стенками в > 60δ_П, то пояс необходимо укреплять продольным ребром жесткости.

Продольные ребра стенок и пояса приварены по всей длине к поясу, стенкам и поперечным ребрам жесткости. В связи с этим они должны быть включены в расчетное сечение балки, следовательно, фактические геометрические характеристики поперечного сечения должны определяться после окончательного выбора всех размеров, в том числе и продольных ребер жесткости.