2. Расчет сварной сплошностенчатой подкрановой балки
2.1. Задание
Запроектировать
подкрановую балку пролетом
под два крана грузоподъ-емностью
среднего режима работы для основного
цеха завода металлических конструкций.
Пролет здания
(однопролетное, безфонарное).
Район строительства – город Магнитогорск.
Материал для
конструкции – сталь С255 с характеристиками:
при толщине материала
,
.
Данные по мостовому крану:
Рисунок 1 - Схема расположения колес одного крана на подкрановой балке
Т а б л и ц а 1 - Параметры мостового крана |
|||||||
Грузоподъемная сила крюка,
|
Основные размеры ригеля,
|
Максимальная сила вертикального давления колеса,
|
Сила тяжести,
|
||||
Главный |
Вспомогательный |
Пролет
|
Ширина
|
База
|
|
Тележки
|
Крана (с тележкой)
|
300 |
50 |
34,5 |
6,8 |
5,6 |
320 |
85 |
554 |
Рисунок 2 - Схема нагрузок от двух сближенных кранов на подкрановый путь
2.2. Сбор нагрузок
Расчетная вертикальная сила давления колеса
,
где
-
коэффициент надежности по нагрузке;
-
коэффициент надежности по назначению;
обычно
-
коэффициент сочетаний; для 2 крана
среднего режима работы
.
Тормозная сила тележки
,
где
-
грузоподъемная сила крюка крана,
.
Сила поперечного торможения на одно колесо крана
,
где
-
число колес крана на одной стороне моста
крана,
при грузоподъемности крана
.
Расчетная сила поперечного торможения на одно колесо крана
2.3. Определение расчетных усилий
Рисунок 3 - Схема размещения колес на подкрановой балке для определения Mx и MT
Определим положение равнодействующей от двух грузов на балке относительно крайнего левого груза
Величина отрезка между равнодействующей и ближайшим к ней грузом (критическим)
.
Рисунок 4 - Линия влияния Mx=MT
Найдем значения по линии влияния в точках приложения сосредоточенной нагрузки от колес крановой тележки (ординаты л.в. МF):
Расчетные моменты
,
где
- для балок пролетом
.
Рисунок 5 - Схема
размещения колес на подкрановой балке
для определения
и л.в.
Ординаты л.в. :
Расчетные поперечные силы
2.4. Подбор сечения подкрановой балки
Определяем WX, тр.. С учетом ослабления верхнего пояса отверстиями для крепления рельса
, где
- коэффициент,
учитывающий ослабление верхнего пояса
отверстиями болтов и напряжение в нем
от болтовых сил.
Определяем
из условия требуемой жесткости при
.
Для балки симметричного сечения имеем:
Определяем оптимальную высоту балки из условия наименьшего расхода стали:
В соответствии с
положением по унификации принимаем
предварительную высоту балки
.
Требуемая толщина стенки из условия прочности на срез:
.
Из условия местной устойчивости стенки без продольного ребра жесткости
Принимаем
;
.
Предварительно
принимаем стенку балки
,
в этом случае
,
что больше рекомендуемых значений и
hopt
нужно корректировать. Если принять tw
= 9 мм, тогда
λw =
1160/10=116 – что соответствует принятому
предвари-тельно λw
= 125, т.к.
.
Принимаем стенку
балки предварительно 1160х10; hw
= 1160; tw
= 10; площадь стенки
.
Определим требуемые
площади всего сечения и поясов при
коэффициенте асимметрии
Учитывая воздействие
боковых сил сечение поясов принимаем
несколько больше требуемых Аf.
По конструктивным требованиям bf
400
мм, tf
3tw.
Принимаем bf
= 420 мм, tf
= 16мм.
.
Проверяем местную устойчивость сжатого пояса
420<479, т.е. местная устойчивость сжатого пояса обеспечена.
Тормозную балку
конструируем из швеллера № 24 и листа
рифленой стали
.
Ширина листа тормозной балки определяем из выражения
, где
- привязка колонны;
для зданий с мостовыми кранами
грузоподъем-ностью
,
- расстояние от
оси подкрановой балки до разбивочной
оси (750 мм).
Определяем геометрические характеристики принятого сечения.
Момент инерции сечения балки брутто:
Момент инерции отверстий в верхнем поясе 2 25
Момент инерции балки нетто
Момент сопротивления симметричного сечения
Рисунок 6 - Сечения подкрановой и тормозной балок
Определяем положение центра тяжести тормозной балки относительно оси подкра-новой балки:
.
Момент инерции сечения брутто относительно оси
Момент инерции площади ослабления
Момент инерции площадки сечения тормозной балки нетто
.
Момент сопротивления правой грани верхнего пояса балки
.
Статический момент полусечения (сдвигаемой части)
.
2.5. Проверка прочности
По нормальным напряжениям в верхнем поясе
Проверка по нормальным напряжениям в нижнем поясе
Проверка по касательным напряжениям
.
Проверка по напряжениям местного смятия стенки от давления кранового колеса
, где
- коэффициент,
учитывающий неравномерность давления
колес и повышенную динамику под стыками
рельсов;
(см. п.2.2);
- условная длина
распределения давления колеса.
, где
- сумма моментов
инерции верхнего пояса относительно
их собственных осей.
.
Проверки показывают, что прочность принятого сечения обеспечена.
2.6. Проверка жесткости и устойчивости
Проверка жесткости
необходима, если в нашем случае 1200<1250.
Определяем прогиб балки:
f
=
;
Жесткость подобранного сечения обеспечена. Общая устойчивость подкрановой балки обеспечена тормозной конструкцией и не проверяется.
2.7. Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки
Определяем условную гибкость стенки
т.е.
устойчивость стенки нужно проверять.
При
следует устанавливать основные поперечные
ребра жесткости. Расстояние между ними
,
если λw>3,2.
При λw
= 3,89 аmax
= 2hw
= 2.1,164
= 2,328. Принимаем
(кратно пролету
).
Размеры отсека стенки
(см. рис. 8).
Принимаем подкрановую балку с двусторонними поясными швами и двусторонними основными поперечными ребрами жесткости.
Ширина ребра
должна быть не менее
и не менее
.
.
Принимаем
.
Толщина ребра
;
принимается ts
= 7 мм.
Проверяется устойчивость среднего и крайнего отсеков.
Рисунок 7 - Схема балки, укрепленной поперечными ребрами жесткости