18

Лекция 17

Подкрановые конструкции

Общая характеристика

Подкрановые конструкции предназначены для восприятия нагрузок от подъемно-транспортного оборудования. Основным видом такого обо­рудования являются мостовые опорные и подвесные краны.

Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны состоят из подкрановых балок или ферм, воспринимающих вертикаль­ные нагрузки от кранов; тормозных балок, воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия; связей, обеспечивающих жесткость и неизменяемость подкрановых конструкций; узлов крепле­ния подкрановых конструкций, передающих крановые воздействия на колонны; крановых рельсов с элементами их крепления и упоров.

Основные несущие элементы подкрановых конструкций - подкра­новые балки могут иметь различную конструктивную форму. Наиболее часто применяются сплошные подкрановые балки как разрезные, так и неразрезные.

Разрезные подкрановые балки проще в монтаже, нечувствительны к осадке опор, однако имеют повышенный расход стали.

Неразрезные балки на 12 - 15 % экономичнее по расходу металла, но более трудоемки при монтаже из-за устройства монтажных стыков. Кроме того, при осадке опор в них возникают дополнительные напря­жения. Упругую осадку опор можно оценить коэффициентом

, (1)

где Δ - перемещения опоры от единичной силы (с учетом осадки фундамента);

EI - жесткость подкрановой балки;

l - пролет балки.

При с≥0,05 неразрезные балки применять не рекомендуется. Не рекомендуется их применять также при просадочных грунтах.

При легких кранах (Q≤30 т) и больших шагах колонн целесообразны решетчатые подкрановые балки с жестким верхним поясом. Их применение позволяет на 15 - 20 % снизить расход стали по сравнению с разрезными сплошными балками. К недостаткам решет­чатых балок относятся повышенная трудоемкость изготовления и мон­тажа и более низкая долговечность при кранах тяжелого режима ра­боты.

При пролетах 24 м и более и кранах боль­шой грузоподъемности применяются подкраново-подстропильные фер­мы, объединяющие в себе подкрановую балку и подстропильную фер­му. Экономичность таких конструкций возрастает с уве­личением шага колонн и составляет 4 - 6 % при шаге колонн 24 м и 12 - 16 % при шаге 36 м. Однако такие фермы сложны в изготовлении и монтаже.

Подвесные краны (кран-балки) имеют, как правило, небольшую грузоподъемность (до 5 т) и перемещаются по путям, прикрепляемым к конструкциям покрытия или перекрытия. Применяются двух-, трех- и многоопорные краны. Катки крана перемещаются непосредственно по нижним поясам балок путей. Основным видом путей яв­ляются прокатные или составные балки, устанавливаемые по разрезной или неразрезной схеме. При пролете путей 12 м возможно применение перфорированных балок

Крановые нагрузки

Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса (катки) крана, расположенные на концевой балке кранового мо­ста. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста могут быть два, четыре катка и более (рис. 1, а, б).

Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности (рис. 1, в) с тележками, приближенными к одному из рядов колонн, т. е.

Рис. 1. Схема нагрузок от мостовых кранов

а, б - четырех- и восьмиколесного: в - двух сближенных четырехколесных

в положении, при котором на подкрановые конструкции действуют наи­большие вертикальные силы. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.

Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сил определя­ют по формулам:

, , (2)

где k₁, k₂ - коэффициенты динамичности, учитывающие ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов и принимаемые по СНиП в зависимости от групп режимов работы крана и пролета подкрановых балок;

γ_f - коэффициент надежности по нагрузке;

ψ - коэффициент сочетания нагрузок;

F_kⁿ - максимальное усилие на катке крана (принимают по ГОСТам на краны);

T_kⁿ определяют по формуле:

. (3)

При расчете подкрановых конструкций под краны групп режимов работы 5К – 6К и 7К – 8К учитывается горизонтальная нагрузка, вы­зываемая перекосом крана, поэтому силу T_kⁿ определяют по формуле

. (4)

При расчете подкрановых конструкций на выносливость расчетную вертикальную нагрузку определяют умножением нормативной нагрузки F_k на коэффициенты: при кранах среднего режима работы - 0,6; при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов - 0,8. Расчет выполняют на нагрузку от одного крана.

Проверку жесткости подкрановых балок также выполняют на на­грузку от одного крана с коэффициентом перегрузки γ_f =1,0 и без учета коэффициента динамичности.

Тормозные балки, используемые как площадки для обслуживания и ремонта крановых путей, рассчитывают на временную нагрузку, прини­маемую по техническому заданию.

Собственный вес подкрановых конструкций принимают по спра­вочным данным. Допускается учи­тывать влияние собственного ве­са подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозных балках умножением расчетных усилий от вертикальной крано­вой нагрузки на коэффициент α, равный: для балок пролетом 6 м - 1,03; 12 м - 1,05; 18 м - 1,08.

Особенности действительной работы подкрановых конструкций

Работа подкрановых конструкций в период эксплуатации весьма сложна и существенно отличается от работы обычных балочных конст­рукций. Это обусловлено спецификой нагрузки, характером ее прило­жения и отличием реальной и расчетной схем конструкции.

Сосредоточенная вертикальная крановая нагрузка, достигающая больших величин (до 800 кН), прикладывается в любой точке по длине балки и приводит к появлению в стенке сложного напряженного состояния при высоком уровне напряжений.

Вследствие внецентренного приложения вертикальной нагрузки (при случайных смещениях рельса с оси подкрановой балки) и поперечных горизонтальных сил, приложенных в уровне головки рельса, на верхний пояс балки действует дополнительный крутящий момент, вызывающий изгиб стенки. Вертикальные и боковые воздействия кранов носят дина­мический характер и часто сопровождаются рывками и ударами. Этому способствуют неровности кранового пути и перепады в стыках рель­сов. Все это приводит к появлению в подкрановых конструкциях повре­ждений в виде усталостных трещин, расстройства соединений, ослабле­ния узлов и нарушает нормальную эксплуатацию.

Основными повреждениями подкрановых балок являются трещины в верхнем поясном шве и околошовной зоне, повреждения швов крепления тормозных конструкций к подкрановым балкам, повреждения элемен­тов узлов крепления балок к колоннам. Преждевременному появлению повреждений способствуют дефекты изготовления и монтажа конструк­ций: низкое качество сварки, неточный монтаж, смещения рельса с оси подкрановой балки и т. д.

В наиболее тяжелых условиях работают подкрановые конструкции в зданиях, где эксплуатируются краны тяжелого и весьма тяжелого ре­жимов работы при круглосуточном их использовании и систематичес­ком перемещении грузов, близких к предельной грузоподъемности кра­нов. Такие краны называют кранами особого режима работы. Они отли­чаются высоким уровнем силовых воздействий и большим числом циклов загружения (2∙10⁶ и более).

Нормы проектирования относят подкрановые конструкции к 1-й груп­пе конструкций и регламентируют ряд специфических требований, ко­торые необходимо учитывать при их проектировании. К мероприятиям, повышающим долговечность подкрановых конструкций, относятся:

1. разработка конструктивных решений, отвечающих действительным условиям работы подкрановых конструкций;

2. максимальное снижение концентрации напряжений;

3. использование сталей, обладающих повы­шенной вибрационной прочностью;

4. повышение качества изготовления и монтажа;

5. обеспечение постоянного надзора за состоянием подкра­новых конструкций и своевременное устранение повреждений.