4. Расчет и конструирование траверс

В строительной практике широко распространены траверсы, при помощи которых осуществляется захват разнообразных гру­зов, начиная от контейнеров с кирпичом и кончая длинномер­ными и объемно-пространственными железобетонными элемен­тами. В большинстве случаев траверсы для монтажа строитель­ных конструкций применяют, когда поднимаемые элементы не могут воспринять монтажные усилия, возникающие от гибкого стропа, а также при недостаточной высоте подъема крюка мон­тажного крана.

Наиболее широко траверсы применяют при монтаже сбор­ных железобетонных ферм и балок, особенно предварительно напряженных. При строповке обычными гибкими стропами в длинномерных конструкциях могут возникнуть усилия, обрат­ные по знаку проектным, что может привести к разрушению конструкции. Применение траверс позволяет более равномерно распределить нагрузку в поднимаемой конструкции, что при­ближает условие подъема к условиям, близким к проектному положению элемента.

Так, например, при подъеме колонн или «двухэтажных» сте­новых панелей, площадь которых достигает 20 м² и более, воз­никает необходимость в применении таких грузозахватных при­способлений, которые, воспринимая напряжения от веса кон­струкций, снижали бы возникающие в них монтажные нагрузки. Это может быть достигнуто путем применения самобалансиру­ющих траверс, которые позволяют поднимать конструкции с различным расположением центра тяжести.

Существуют два основных конструктивных типа траверс: балочные и решетчатые.

Балочные траверсы представляют собой металлические бал­ки из швеллеров, соединенных накладками, к концам которых прикреплены блоки или роликовые подвески, через которые перекидываются стропы. Роликовые подвески обеспечивают рав­номерное натяжение свешивающихся с них стропов и равномер­ную передачу нагрузки на все четыре точки захвата.

Крепление траверсы к крюку грузоподъемного механизма осуществляется либо непосредственно за скобу балки, прива­ренной посередине, либо через подвески с гибкими или жестки­ми тягами. Жесткие тяги соединяются шарнирно, что пол­ностью разгружает их от изгибающих моментов, возникающих в углах рамных конструкций.

Балочные траверсы применяют для подъема элементов ве­сом до 50 т.

Решетчатые траверсы представляют собой металлические сварные треугольные фермы. Нижний и верхний пояса траверс выполняют из уголков иди швеллеров, соединенных накладками, а стойки и раскосы — из уголков. По концам к траверсе прикреплены роликовые подвески со стропами. Захват траверсы крюком грузоподъемного механизма осуществляется за скобу, имеющуюся в коньке траверсы. Решетчатые траверсы в боль­шинстве случаев применяют для подъема длинномерных элементов весом более 6т и длиной до 36м.

Конструирование траверс производят с учетом технологии монтажа конструкций и начинают с выбора расчетной схемы, при которой конструктивное оформление траверсы будет наиболее полно обеспечи­вать удобство захвата и ос­вобождения сборных эле­ментов, их сохранность при перемещениях и полную бе­зопасность производства ра­бот. По выбранной расчет­ной схеме определяют сече­ния требуемых элементов траверс и стропов и прове­ряют их прочность.

Рис. 78. Расчетная схема балочной траверсы, работающей на изгиб.

При выборе типа траверсы следует стремиться к тому, чтобы конструкция грузозахватного приспособления по возможности обеспе­чивала подъем сборного элемента в рабочем (проектном) по­ложении. Это позволит дополнительно не усиливать поднимае­мые элементы монтажной арматурой, которую закладывают в конструкции специально для восприятия монтажных напряже­ний и необходимость в которой отпадает сразу же после уста­новки детали на место. Траверсы должны быть по возможности универсальными и обладать небольшим весом, так как вес траверсы снижает полезную грузоподъемность крана.

Расчетная схема балочной траверсы с непосредственным креплением балки к крюку грузоподъемного механизма приве­дена на рис. 78. Траверсы этого типа работают на изгиб. Сече­ния балки для траверсы подбирают по расчетным напряжениям, по максимальному изгибающему моменту, возникающему в бал­ке от веса поднимаемого элемента:

где Р — вес поднимаемого груза в кг;

а— расстояние от точки приложения груза Р до оси под­веса стропов в см.

Расчетное напряжение в балке от изгиба

где W_6p — момент сопротивления брутто в см³;

φ_б—коэффициент устойчивости при изгибе;

К_н — расчетный предел прочности материала в кГ/см².

Конструктивно балочные траверсы, работающие на изгиб, оформляют различно в зависимости от их назначения и типа поднимаемых элементов.

Балочные траверсы с под­весками, работающие на сжа­тие, рассчитывают на действие осевых сил в соответствии с расчетной схемой (рис. 79). Расчет ведется по предельному состоянию.

Рис. 79. Расчетная схема траверсы, работающей на сжатие

Расчетное усилие N₁ при сжатии в балке от веса подни­маемого груза

где α — угол наклона подвески;

Р—вес поднимаемого груза в кг.

Расчетное напряжение сжатия в балке

где F_H — площадь сечения конструкции нетто в см²;

φ — коэффициент устойчивости;

R_сж — расчетный предел прочности металла балки в кГ/см².

Осевые усилия N в подвесках траверсы

По величине найденного усилия N подбирают канаты или тяги для подвески траверсы.

Блоки и роликовые подвески, рассчитывают аналогично вы­шеизложенному.

При расчете решетчатых траверс по выбранной расчетной схеме решетки фермы определяют внутренние осевые усилия в стержнях либо графическим методом путем построения диаграммы Кремоны, либо аналитическим методом сечения фермы. По найденным усилиям подбирают сечения конструктивных элементов фермы и конструируют траверсу.

Конструкцию решетчатой траверсы подбирают в зависимости от вида поднимаемого элемента. При подъеме тонкостенных крупноразмерных элементов существующие способы захвата при помощи стропов и траверс полностью не обеспечивают сохранность конструкций, так как они очень чувствительны к самым незначительным монтажным нагрузкам. За рубежом для подъема тонкостенных крупнораз­мерных элементов применяют вакуумные захваты, работающие по принципу присоса. Такие захваты могут поднимать грузы весом до 50 т.

Рис. 80. Расчетная схема усилий в ваку­умном захвате

Основными элементами вакуумного захвата являются ваку­ум-камера с прикрепленным к ней шарниром для поворота кон­струкций, резинового шланга и вакуум-насоса. В зависимости от назначения захват может быть оборудован одной или несколь­кими камерами различной формы.

При конструировании вакуумных захватов основным явля­ется правильное определение размеров вакуумной камеры.

Так как поднимаемое изделие удерживается силой вакуум­ного притяжения, необходимо, чтобы эта сила была больше ве­са изделия.

Изделия обычно поднимают под углом к горизонту (съем па­нелей перекрытий с панелевоза, подъем стеновых панелей, кан­тование конструкций и т.п.), поэтому при расчете необходимо учитывать не все детали, а нормальную составляющую веса. Расчетная схема усилий при работе вакуумного захвата приве­дена на рис. 80.

Условие надежности удержания детали при подъеме

где N - нормальная составляющая равнодействующей внеш­них сил (вес, инерционные силы, различного рода сопротивления) в кГ;

S —горизонтальная составляющая равнодействующей внешних сил в кГ;

Р — сила вакуумного притяжения в кГ;

М—коэффициент трения резиновой прокладки камеры по поверхности детали (при сдвиге по сухой поверх­ности бетонной плиты М=0,9, а по поверхности, смо­ченной водой, М = 0,4 - 0,45);

а, b, с— плечи сил в см.

Силу вакуумного притяжения Р определяют по формуле:

где F — площадь одной вакуумной камеры по внутреннему контуру герметизирующей прокладки для приложе­ния силы внешнего притяжения в см²;

т— количество вакуумных камер в захвате;

Р_а — давление воздуха в ат;

φ_F — коэффициент уменьшения площади камеры за счет деформации резиновой прокладки:

F_прит — площадь по внутреннему контуру резиновой про­кладки после приложения силы вакуумного притя­жения в см²;

φ_Р — коэффициент, учитывающий неполное разрежение воздуха в камере:

Р_кам — остаточное давление внутри вакуумной камеры по­сле приложения силы притяжения;

k—коэффициент безопасности, принимаемый при ста­тическом приложении внешних сил равным 1,5, при динамическом — 3.

При расчетах вакуумных захватов следует иметь в виду, что при разрежении, создаваемом вакуумным насосом, на каждый 1 кг веса поднимаемого груза требуется примерно 1,2 см² пло­щади присоса. Так, например, подъем панели перекрытия весом 2 т может быть осуществлен захватом с общей площадью камер присоса 2400 см². При расчетах также необходимо учитывать, что усилие сдвига должно быть не более 75% усилия отрыва.

Безопасность во время подъема обеспечивается, с одной сто­роны, надежностью «присоса» камеры при помощи герметизи­рующих прокладок, а с Другой — запасом грузоподъемности за­хвата.

Герметизирующие прокладки обычно выполняют из вакуум­ной или губчатой резины или другого материала на основе пла­стиков. По контуру камеры дополнительно устраивают фартуки из эластичной резины, обеспечивающие присос без первона­чального прижатия. Смачивание поверхности поднимаемой де­тали водой повышает силу вакуумного притяжения на 10—15%.

Запас грузоподъемности обеспечивается необходимой сте­пенью разрежения в камере. Степень вакуума, определяющая величину грузоподъемности и контролируемая при помощи ва­куумметра, поддерживается непрерывной работой вакуумного насоса во время подъема. Для исключения возможности падения поднимаемой детали при случайной остановке насоса преду­сматривают специальные захватно-контрольные приспособле­ния.