4. Основи розрахунку металевих конструкцій.

Розрахунок металевих конструкцій мостових кранів виконуєтьсяя за методом граничних станів, який введено в практику проектування з 1982 року.

Прогресивність методу полягає в тому, що в ньому більш повно, порівняно з попередніми нормами, враховується дійсна робота конструкцій під навантаженням. Це стало можливим завдяки системному статичному вивченню завантаженості конструкцій в умовах експлуатації, а також обліку мінливості механічних властивостей застосовуваних матеріалів.

Для металевих конструкцій кранів повинні задовольнятися два граничних стана:

Перше: конструкція не повинна втратити міцність або стійкість при самих несприятливих поєднаннях навантажень, що діють в робочому або неробочому стані.

Друге: конструкція повинна бути придатна до нормальної експлуатації, не мати неприпустимих деформацій, прогинів, коливань, які можуть вплинути як на роботу крана, так і персоналу - навіть з естетичної точки зору.

Робочим вважається стан крана, коли він виконує свої функції, а неробочим - коли кран без вантажу схильний тільки на навантаження від власної ваги, вітру або знаходиться в процесі монтажу (демонтажу), транспортування.

Метод розрахунку передбачає введення ряду коефіцієнтів:

_n - коефіцієнт надійності за призначенням (враховує відповідальність конструкції або окремого елементу);

_u - коефіцієнт надійності =1,3 для елементів конструкції, що розраховуються на міцність з використанням розрахункових опорів матеріалів;

_c - коефіцієнт умови роботи конструкції;

_b - коефіцієнт умови роботи з'єднань (наприклад, болтових);

_m - коефіцієнт надійності за матеріалом;

_f - коефіцієнт надійності за навантаженням.

Для першого граничного стану умова міцності, наприклад, при вигині має вигляд:

де: M_i - розрахунковий згинальний момент,

W_{n, min} - момент опору перерізу,

R_y - розрахунковий опір матеріалу,

Для стиснутих елементів:

де: N_{i, n} - нормативне значення навантаження,

_f , _n, _c, _m - коефіцієнти надійності (див. вище),

R_n - нормативний опір матеріалу,

A_n - геометричний фактор (наприклад, площа поперечного перерізу).

Розрахунок за другим граничним станом переслідує мету запобігти надмірному розвитку, наприклад, прогинів:

де f - розрахункове значення прогину,

f_u - граничнодопустиме значення прогину, яке призначається в залежності від виду елемента конструкції, його прольоту, довжини і т.д.

Граничнодопустимі значення прогинів - нормуються.

У розрахунках за першим граничним станом використовуються розрахункові опори матеріалів, а в розрахунках за другим - нормативні.

5. Навантаження мостових кранів.

Розрахунку металевих конструкцій кранів завжди передує збір та визначення чисельного значення навантажень і впливів, що діють на кран.

Всілякі навантаження поділяють на навантаження власної ваги, технологічні, вітрові, снігові, інерційні і т.д.

Власна вага конструкції моста є вертикальним статичним навантаженням в неробочому стані, і динамічним (вертикальним і горизонтальним) в робочому стані.

Вага вантажу є динамічним навантаженням у вертикальній і горизонтальній площинах.

Технологічні навантаження виникають, наприклад, при ударах молота, при розрівнюванні шихти в пічах, при витягуванні лопати з-під пакетів і т.д.

При виникненні технологічних навантажень відбувається пробуксовування приводних коліс механізму пересуванняя крана і тому всі елементи крана, що сприймають такі навантаження, повинні розраховуватися на дію максимальних зусиль, що допускаються запобіжними пристроями.

В цілому, навантаження поділяють:

- постійні,

- тимчасові.

Тимчасові, в свою чергу, діляться на:

- короткочасно діючі;

- довготривалі;

- особливі.

Постійні навантаження виникають з моменту монтажу конструкції і існують весь період експлуатації.

Тимчасові - періодично з'являються. До тимчасових навантажень відносять технологічні, вітрові, снігові, кранові, сейсмічні і т.д.

Вітрове навантаження розрізняють в робочому та неробочому стані, а також середнє навантаження тиску вітру в робочому стані для визначення потужності електродвигунів механізмів переміщення, якщо кран експлуатується поза приміщенням.

Вітрове навантаження в цілому визначається як сума статичної та динамічної складової. Статична складова враховується в усіх випадках, а динамічна, викликана поривами вітру - тільки при розрахунку на міцність металевих конструкцій протиугінних пристроїв і при перевірці кранів на стійкість проти перекидання.

Ожеледь - навантаження, викликане обмерзанням, виникає при температурі t = -5° С, і визначається вагою кірки льоду, що утворюється на канатах, металевих конструкціях. Товщина кірки зазвичай 1-2 см, а щільність льоду - 900 кг/м³.

При пуску й гальмуванні крана виникають різні інерційні сили.У результаті взаємодії сил інерції і сил пружності елементів механізмів і металевих конструкцій виникають динамічні навантаження.

У загальному випадку силу інерції можна визначити:

де m - маса вантажу (або елемента крана),

а - прискорення вільного падіння,

а динамічне навантаження можна обчислити, помноживши силу інерції на коефіцієнт динамічності m, наведений в нормативній літературі для кранів різної вантажопідйомності (див. Додатки).

При пересуванні крана або візка, вертикальні динамічні навантаження виникають через нерівності шляху і враховуються за допомогою коефіцієнта поштовхів _n,значення якого для кранів вантажопідйомністю до 50 т в залежності від швидкості руху крана і характеристики кранового шляху коливається в межах 1÷1,2.

В окремих випадках при розрахунку металевих конструкцій кранів слід враховувати: сейсмічні навантаження, вибухові хвилі, монтажні навантаження, транспортні, температурні і т.д.

Наприклад, сейсмічні - для високих кранів, що встановлюються в сейсмічно небезпечних районах (у нас - Південний захід, ближче до Молдови). При цьому вважається, що кран не працює, людей та вітру - немає.

Облік монтажних навантажень має на меті запобігти порушенню цілісності металоконструкцій мосту в процесі транспортування, монтажу, т.к. в цьому випадку можуть виникнути зусилля, відмінні від експлуатаційних.