4.2.3 Методика расчёта колонн

Колонны открытых крановых эстакад при расчете рассматриваются как свободно стоящие, защемленные на уровне верха фундамента или упруго заделанные вместе с фундаментом в грунте.

При расчете колонн учитываются следующие нагрузки:

• постоянные – от собственного веса колонн, подкрановых балок и тормозных конструкций;

• кратковременные, которые включают в себя крановые нагрузки, полезную и снеговую нагрузки на проходах вдоль крановых путей, ветровую нагрузку на конструкции эстакады и мостовые краны, а так­же температурные воздействия.

При расчете в поперечном направлении в «рабочем состоянии» ветровая нагрузка на тележку крана не учитывается. Это объясняется тем, что указанная нагрузка может быть передана только за счет трения колес тележки крана при торможении и поэтому не может быть больше величины поперечного торможения.

Основные расчетные положения. Колонны рассчитывают по первому предельному состоянию – на прочность при дей­ствии расчетных нагрузок в комбинациях, создающих наиболее невыгодные сочетания усилий в элементах колонны.

Кроме того, колонны подлежат проверке:

• по первому предельному состоянию – на прочность на усилия, возникающие при изго­товлении, транспортировке и монтаже, при действии нормативных нагрузок от собствен­ного веса элемента;

• по второму предельному состоянию – на выносливость при действии нормативных нагрузок, включающих собственный вес и нагрузку от одного крана;

• по третьему предельному состоянию – по деформациям при действии нагрузок, ука­занных в предыдущем пункте;

• по четвёртому предельному состоянию – по образованию и раскрытию трещин в про­цессе эксплуатации.

Статический расчет колонн колонн рекомендуется выполнять сплошного сечения – по схеме упругих брусьев; двухветвевых в плоскости поперечника – по схеме однопролетной мно­гоэтажной рамы, со стойками, защемленными в уровне верха фундамента, с учетом перераспределения усилий, вызванного трещинообразованием и развитием неупругих деформаций. Строгий статический расчет железобетонной двухветвевой колонны требует выполнения многочисленных и громоздких вычислений.

Усилия рекомендуется определять по приближенному способу, который имеет следую­щие особенности. Усилия в ветвях от вертикальной нагрузки определяются как реакции от действия ее на ригель в предположении шарнирного опирания его концов.

Продольные силы и изгибающие моменты от горизонтальной нагрузки Т определяются методом нулевых точек эпюры моментов. Положение их принимается на расстоянии 2/3 длины панели ветви от заделки или нижней распорки и посередине длины распорки.

а – расчетная схема; б – эпюры продольных сил в ветвях

Рисунок 4.2 – Усилия в элементах колонны

Горизонтальная нагрузка распределяется между ветвями поровну. Расчет выполняется по стержневой схеме с учетом деформаций узловых сопряжений.

При этом усилия для і-того яруса колонны (рис. 4.2) определяются по формулам:

• продольные силы в ветвях –

N_і = Р/2 ± (Ре ±ТН_і)/Z (4.1)

• максимальные изгибающие моменты в ветвях (в нижнем узле) –

М_вj= 1/3- Тl_і (4.2)

• то же в распорке –

М_pі = 1/3 Т(0,5 l_і + l_і+1), (4.3)

где Р – вертикальная нагрузка на колонну;

Т – горизонтальная нагрузка на колонну на уровне головки кранового рельса;

е – эксцентриситет силы Р относительно оси колонны;

Н_і – расстояние от силы Т до нулевой точки эпюры моментов в рассматриваемой панели ветви;

Z – расстояние между ветвями в осях;

l – длина панели ветви в осях распорок.

При желании полученные усилия могут быть уточнены, если по ним, в виде первого приближения, выявить схему работы сечений и оценить возможные деформации элементов. Однако проведенный анализ показал, что уточнение соотношения жесткостей при вы­числении их с учетом образования трещин на величине усилий практически не отра­жается.

Расчет на прочность. Расчетная длина колонны принимается:

• в попе­речном направлении – при разрезных пролетных конструкциях l₀ = 2Н_н ;

• при неразрезных l₀ =1,5Н_н ;

• в продольном направлении 1₀ = Н_Н;

где Н_н – высота подкрановой части колонны от уровня верха фундамента до низа подкрановой балки.

Расчетная длина ветви двухветвевой колонны принимается в поперечном направле­нии равной расстоянию между горизонтальными распорками в осях, в продольном на­правлении – равной расчетной длине колонны.

При расчете ветви должна учитываться приведенная гибкость двухветвевой колонны, которая определяется по формуле:

λ = l₀ / r_пр = ₀/Z)² + 12(1/h)² , (4.4)

где l₀ – расчетная длина колонны в поперечном направлении;

l – длина панели ветви в осях распорок;

2 – расстояние между ветвями в осях;

h – высота сечения ветви.

Расчет по деформациям. В связи с отсутствием поперечной развязки колонн открытые крановые эстакады бо­лее подвержены деформациям, чем промышленные здания с поперечным рамным каркасом. Недо­статочная поперечная жесткость колонн этих сооружений, которая характеризуется главным образом величиной горизонтального смещения на уровне верха подкрановой балки, часто является одной из основных причин неудовлетворительной работы кранов на эстакадах. Этим и определяется необходимость расчета колонн открытых крановых эстакад по второму предельному состоянию – по деформациям.

Указанные смещения в процессе эксплуатации возникают от действия горизонтальных крановых нагрузок, внецентренного приложения вертикальной крановой нагрузки, ветра на торцы кранов и конструкции эстакад и деформативности основания. Однако из-за влияния большого числа факторов установить меру поперечной жесткости колонн откры­тых крановых эстакад по реальной загрузке крайне трудно.

Основным критерием поперечной жесткости колонн принимается перемещение в уровне верха подкрановой балки от горизонтальной силы, численно равной нормируемому тор­мозному усилию, в предположении жесткой заделки колонн в уровне верха фундамента. Крен фундамента в этом случае не учитывается, поскольку динамические испытания эстакад свидетельствуют о резком затухании колебаний в уровне верха фундамента.

Горизонтальные перемещения колонн открытых крановых эстакад в уровне верха подкрановых балок должны удовлетворять следующим условиям:

• прогиб колонны от горизонтальной силы, равной усилию поперечного торможения, должен быть не более Н/2000 и не более 5 мм;

• сближение крановых путей в рассматриваемом пролете, обусловленное совмест­ным действием вертикального давления и поперечного торможения крана и определяемое как сумма перемещений, вызываемых прогибом колонн и креном фундаментов при упругих деформациях основания, должно быть не более 15 мм;

• перемещения колонн продольного ряда от горизонтальной силы, равной усилию продольного торможения, должны быть не более 1/4000 полной высоты колонны от уровня верха фундамента до головки кранового рельса.

Прогиб железобетонных колонн сплошного прямоугольного сечения определяется по формуле:

f = H² / Е_б I_б (ТН/3 + Ре/2), (4.5)

где Н – полная высота колонны от уровня верха фундамента до головки кранового рельса;

Е_б – начальный модуль упругости бетона;

I_б – момент инерции бетонного сечения.

Остальные обозначения в формуле (4.5) те же, что и в формуле (4.1).