6.1.2 Визначення розрахункових зусиль

Після визначення навантажень, які діють на балку, складається розрахункова схема балки та будуються епюри згинальних моментів та поперечних сил. На основі побудованих епюр розраховуються найбільші значення згинального моменту та поперечної сили.

В процесі проектування підкранової балки розрахункові моменти та поперечні сили від кранового навантаження можна визначити або по лініям впливу, або шляхом побудови епюр моментів та поперечних сил від найбільш невигідного розташування навантажень. Невигідні положення рухомих навантажень (коліс крану) залежать від кількості навантажень та розташовуються в проліті балки.

Якщо в цеху працює два та більше кранів, то розрахунок ведуть за двома гранично зближеними кранами, які розташовані в проліті балки. Для визначення найбільшого згинального моменту треба встановити навантаження так, щоб середина балки знаходилася на однаковій відстані від рівнодіючої всіх навантажень та від ближчого до неї навантаження, під яким і буде найбільший момент (рисунок 1).

F – розрахункове рухоме навантаження;

R – рівнодіюча всіх навантажень;

L – проліт балки;

а_к – база крана;

с – межове зближення кранів.

Рисунок 1 – Схема навантаження балки при найбільш невигідному розташуванні навантажень для визначення згинального моменту.

Для визначення максимальної поперечної сили (опорної реакції) одне з навантажень встановлюють над опорами, а останні розташовують, як можна ближче до неї (рисунок 2).

Рисунок 2 – Схема навантаження балки для визначення поперечної сили

Якщо в проліті підкранової балки може розташовуватися тільки три колеса крана, то середнє з них розташовується в середині проліту балки, де ї буде найбільший згинальний момент.

При дії на балку двох рухомих навантажень їх розташовують таким чином, щоб середина проліту балки ділила відстань пополам між рівнодіючою навантажень та одним з рухомих навантажень.

Максимальний згинальний момент буде під даним рухомим навантаженням. Вплив сили тяжіння підкранової балки та часового навантаження на гальмовій балці можна врахувати введенням коефіцієнта для згинального моменту та коефіцієнта для поперечної сили (таблиця 2, додаток А). #ДА

Під час розрахунку підкранових балок під дією двох кранів навантаження помножується на коефіцієнт сполучень n_с: Для кранів полегшеного та нормального режиму роботи n_с = 0,85; для кранів важкого режиму роботи n_с = 0,95.

6.1.3 Визначення висоти балки та вибір типу перетину

Висота балки визначається з умов потрібної жорсткості та умови отримання найменшої її маси.

З умови забезпечення жорсткості найменша висота балки, h_мін, мм, визначається за формулою

h_мін = , (5)

де R – розрахунковий опір сталі, даН/см²;

l - проліт балки, м;

E – модуль пружності матеріалу;

F – максимальний прогин балки;

n, n_д – коефіцієнт перенавантаження та динамічності.

Максимальний прогин визначається з відношення

, (6)

де f – прогин балки;

l – проліт балки, м;

- граничне значення.

Граничні значення встановлюється нормами. Значення відносних прогинів деяких елементів конструкцій надані в таблиці 3, додатку А.#ДА

Модуль пружності для сталі Е = (1,9 - 2,15) 10⁵ МПа.

З умови найменшої ваги відносна висота двотаврової балки, h_опт, мм, визначається за формулою

h_опт = (1,2 – 1,4) , (7)

де М – розрахунковий згинальний момент балки кН∙м;

t_ст – товщина двотаврового профілю, мм;

m – коефіцієнт умов роботи

Оптимальна висота балки коробчастого перетину h_опт, мм

h_опт = (1,0 – 1,1) , (8)

де S_cт - сумарна товщина двох стінок для балок коробчастого

перетину, мм.

Під час розрахунку балок для кранів важкого режиму роботи коефіцієнт умов роботи m = 0,9 [2] для інших підкранових балок m = 1.

З двох значень висоти, які обчислено за формулами [5] та [7] використовується найбільше.

Товщину стінки можна визначити зі співвідношень

t_ст = або t_ст = 7 – 0,003h, (9)

де h – висота балки, мм

Товщина стінки для різних будівельних конструкцій вимірюється в порівняно вузьких межах. Звичайно мінімальну товщину стінки приймають t_ст = 8мм, іноді t_ст = 6мм. Збільшення товщини стінки приймають з градацією 2мм [2].

Товщина стінки, яку визначено за формулами [9], являється орієнтовною. Для встановлення остаточного її значення слід провести перевірку на міцність, виходячи з роботи її на зріз за формулою

, (10)

де Q₀ – розрахункове значення поперечної сили на опорі, кН;

h – висота балки прийнята, виходячи з розрахунків за формулами 5; 7 або 8.

Найбільш часто приймають зварні балки двотаврового та коробчастого перетину. Балки двотаврового перетину добре працюють на згин в площині найбільшої жорсткості. Балки коробчастого перетину опираються згину в різних площинах і крученню, але вони складніші у виготовленні, чим двотаврові. Це потрібно враховувати під час вибору типу перетину балки.