3. Расчет и конструирование подкрановой балки.

Расчет подкрановых балок во многом аналогичен расчету обычных балок. Однако подвижная крановая нагрузка, являясь динамической и многократно повторяющейся, приводит к ряду особенностей расчета.

Расчетные усилия (максимальные изгибающие моменты и поперечные силы) в подкрановых балках находят от нагрузки двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности.

Предельно допустимый прогиб подкрановых балок:

[f/l]=1/600 – для кранов групп режимов работы 8К;

[f/l]=1/500 – для кранов групп режимов работы 7К;

[f/l]=1/400 – для кранов групп режимов работы 1К-6К.

Исходные данные.Требуется рассчитать подкрановую балку пролетом 12 м под два крана грузоподъемностью Q_кр= 490 кН однопролетного производственного здания. Режим работы кранов – 6К (средний). Пролет здания 24 м. Материал балки – сталь С345; (при t≤20мм); R_s=180Мпа.

Нагрузки на подкрановую балку. По прил. 1(1) для крана Q_кр= 490 кН режима работы 6К нормативное вертикальное усилие на колесе:

Для кранов режима работы 1К-6К с гибким подвесом груза нормативное поперечное горизонтальное усилия на колесе:

Определение расчетных усилий. Определим расчетный изгибающий момент от воздействия вертикальной крановой нагрузки. Допуская, что сечение с максимальным изгибающим моментом расположено в середине пролета балки и пользуясь линией влияния момента в этом сечении, устанавливаем краны не выгоднейшим образом.

Рис. 11

Расчетный момент от вертикальной нагрузки:

где, коэффициент надежности по крановой нагрузке;

– коэффициент сочетания крановых нагрузок. При учете 2-х кранов групп режимов работы 1К-6К = 0,85.

= 1,1 – коэффциент динамичности к вертикальным нагрузкам для подкрановых балок ;

α = 1,05 – учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке;

= 0,95 – коэффициент надежности по ответственности.

– ординаты линий влияния

Расчетный момент от горизонтальной крановой нагрузки:

где =1 – коэффициент динамичности к горизонтальным нагрузкам

Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре.

Рис. 12

Расчетные значения поперечных сил на опоре балки от вертикальной и горизонтальной нагрузок:

Подбор сечения балки. Подкрановую балку принимаем симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали толщиной t = 6мм и швеллера №36 (при шаге рам 6 м можно принимать швеллер №16-18, а при шаге 12 м – швеллер № 36).

Условие прочности в наиболее напряженной точке «А» сечения:

гдеβ – коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановой балки

где м – высота балки, ее можно принимать в пределах (1/6 ... 1/10) ; h_т= h_н = 1 м – ширина сечения тормозной конструкции.

Сумма ординат линии влияния при нагрузке от одного крана .

т.к для кранов группы режима работы 6К [f/l]=1/400

Оптимальная высота порасходу стали:

По табл. 7.2 (1) задаемся гибкостью стенки балки

Принимаем һ_б = 120 см (кратной 10 см).

Задаемся толщиной полок балки t_f = 2,0 см, тогда высота стенки:

Толщина стенки из условия сопротивления срезу силой

где

Принимаем t_w=10мм, при этом

Размеры поясных листов определим по формулам:

см⁴

Требуемая площадь поясов:

b_f = A_{f, тр} / t_f= 42,55/ 2 = 21,27 см.

Принимаем пояс из стального листа сечением 20х250 мм. A_f = 50 см².

Устойчивость сжатого пояса обеспечена, т.к

Отношение b_f / һ_б = 25/ 120 = 1/4,8находится в рекомендуемых пределах (b_f / һ_б = 1 / 2... 1/5).

Площадь сечения подкрановой балки:

А = 2 А_f + А_w = 2 · 80 + 136 · 1,2 = 323,2 см².

Проверка прочности сечения

Рис. 13

Геометрические характеристики подкрановой балки относительно оси х-х:

Геометрические характеристики тормозной балки относительно оси у-у (в состав тормозной балки входят верхний пояс подкрановой балки, тормозной лист и швеллер); площадь поперечного сечения швеллера №36 А = 53,4 см²; ширина тормозного листа 970-70 – 160 = 740 мм.

Расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения:

Расстояние от центра тяжести сечения до наиболее напряженной точки «А» верхнего пояса подкрановой балки:

х_А = х₀ + b_f / 2 = 50 + 12,5 = 62,5 см.

Проверим нормальное напряжение в верхнем поясе (в точке А) подкрановой балки:

Проверка прогиба подкрановой балки и прочности стенки на действие касательных напряжений на опоре не нужны, т.к высота балки на опоре һ_ббольше минимального значения һ_min; принятая толщина стенки больше толщины определенной из условия среза.