17.Подкрановые конструкции. Особенности конструирования и расчета.

Общая характеристика подкрановых конструкций

Основным видом подъемно-транспортного оборудования, обслужи­вающего технологический процесс, являются мостовые опорные и подве­сные краны.

Подкрановые конструкции обеспечивают передвижение кранов, восп­ринимают и передают на каркас здания крановые нагрузки. Кроме того, яв­ляясь элементами каркаса, подкрановые конс^укции обеспечивают гори-. зонтальную развязку колонн из гшоскости рамы, передачу на вертикаль­ные связи между колоннами продольных усилий от торможения кранов, ветровых нагрузокна торцы здания, сейсмических и других воздействий.

В отдельных случаях подкрановые конструкции воспринимают так­же нагрузки от опирающихся на них строительных и технологических конструкций (стропильные фермы, стойки фахверка, технологические и ремонтные площадки, промышленные коммуникации и т.д.).

Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны состоят из подкрановых балок или ферм 1, воспришшающих вертикальные нагруз­ки от кранов; тормозных балок (ферм) 2, воспришшающих поперечные горизонтальные воздействия; узлов крепления подкрановых конструк­ций, передающих крановые воздействия на колонны; крановых рельсов 3 с элементами их крепления; связей 4, обеспечивающих жесткость и неиз­меняемость подкрановых конструкций и упоров

Основные несугдие элементы подкрановых конструкций—подкра­новые балки могут иметь различную конструктивную форму. Наиболее часто Применяют 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 с= М/7/³, где А — перемещение опоры от единичной силы (с учетом осадки фундамен­та); Е1 — жесткость подкрановой балки; / — пролет балки.

При с>0,05 неразрезные балки применять не рекомендуется.

При легких кранах Q < 30 т и больших шагах колонн целесообразны решетчатые подкрановые балки с жестким верхним поясом (рис. 2.57, Их применение позволяет на 15...20 % снизить расход стали по сравне­нию с разрезными сплошными балками. Недостаток решетчатых балок — повышенная трудоемкость изготовления и монтажа и более низка* долговечность при кранах особого режима¹ работы.

При больших пролетах (шаг колонн 24 м и более) и кранах большой грузоподъемности применяют подкраново-подстропильные фермы, объединяющие в себе подкрановую балку и подсгрошшьную ферму (Р^йС-2.57, г). 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. Применяют двух-, трех- и многоо­порные краны. Катки крана перемещаются непосредственно по нижним поясам балок путей (рис. 2.58). Основным видом путей являются прокат­ите (из двутавров типа М) и составные балки, устанавливаемые по разре­зной или неразрезной схеме. При пролете путей 12 м возможно примене­ние перфорированных балок [1]. Для уменьшения изгибающих моментов ^в оалках могут устанавливаться дополнительные подвески (рис. 2.59).

Для ремонта оборудования и для вспомогательных операций здания оборудуют, вспомогательными тельферами, перемещающимися по моно­рельсовым путям из прокатных двутавров.

Конструктивные решения подкрановых балок

Типы сечения подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и ре­жима работы кранов. При пролете до 6 м и кранах малой грузоподъемнос­ти (до Ют) для балок можно использовать прокатные двутавры типа Ш. При большей грузоподъемности (до 50 т) при кранах режима работы 1К — 5К также можно применять прокатные двутавры, но для восприятия горизонтальных поперечных нагрузок их необходимо усилить листом или уголками (рис. 2.62, а\ либо принять несимметричное сварное сече­ние с усиленным верхним поясом (рис, 2.62, 6).

Для больших пролетов и грузоподъемностей кранов применяют свар­ные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией (рис. 2.62, в). При кранах грузоподъемностью до 50 т рациональны балки сос­тавного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой - вставкой (рис. 2.62, г).

Для снижения расхода стали сварные балки иногда проектируют из Двух марок стали: стенку — из низкоуглеродистой, пояса — из низколе­гированной [1].

Расчет подкрановых балок

Расчет подкрановых балок во многом аналогичен расчету обычных балок. Однако подвижная нагрузка, вызывающая большие местные нап­ряжения под катками крана, воздействие не только вертикальных, но и горизонтальных боковых сил, динамичность нагрузки и многократность ее приложения приводят к тому, что расчет подкрановых балок имеет особенности.

Общие положения по расчету балок рассмотрены в гл. 5 [1]. Ниже по­казаны особенности расчета подкрановых балок, связанные со специфи­кой их работы.

Расчетные усилия (наибольшие изгибающие моменты и поперечные силы) в подкрановых балках находят от нагрузки двух сближенных кра­нов наибольшей грузоподъемности. Так как нагрузка подвижная, то сна­чала нужно найти такое положение ее, при котором расчетные усилия в балки будут наибольшими. Наибольший изгибающий момент в разрез­ной балке от заданной системы сил возникает, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равно удалены от середшш пролета балки (рис. 2.65, а); при этом наибольший изгибаю­щий момент Мщах будет находиться под силой, ближайшей к середине пролета балки (правило Винклера).

Поскольку сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение можно определить, пользуясь ли­нией влияния момента в середине пролета. Погрешность не превышает 1...2 %.

Наибольшая поперечная сила g_max в разрезной балке будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре (рис. 2.65,6).

В неразрезных балках наибольшие усилия определяют загружением линий влияния, построенных для опорных и промежуточных сечений.

Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы от вер­тикальной нагрузки определяют по формулам:

Расчетный изгибающий момент М_у и поперечную силу Q_y от горизон­тальной поперечной нагрузки находят при том же положении кранов

При расчете балок условно принимают, что вертикальная нагрузка воспринимается только сечением подкрановой балки (без учета тормоз­ной конструкции), а горизонтальная — только тормозной балкой, в сос­тав которой входят верхний пояс подкрановой балки, тормозной лист и окаймляющий его элемент. Таким образом, верхний пояс балки работает как на вегугикальную, так и на горизонтальную нагрузку, и максимальные напряжения вточке А (рис. 2.66) можно определить по, формуле:

соответственно в нижнем поясе

Оптимальную высоту балки и толщину стенки устанавливаем анало­гично изложенному в гл. 5 [1].

При определении минимальной высоты необходимо учесть, что жесткость подкрановых балок проверяют на нагрузку от одного крана, поэтому предварительно (по линии влияния или по правилу Винклера) находят максимальный момент от загруженйя балки одним краном М_ш при коэффициенте гамма ф= 1,0.

Из условия полного использования материала балки при загружении расчетной нагрузкой h_nun определяют по формуле:

Окончательно высоту балки принимают с учетом ширины листов (с припуском для строжки кромок) или в целях унификации конструкций— кратно 100 мм. Определив требуемую площадь полки, назначают ее раз­меры из условий местной устойчивости при упругой работе и возможнос­ти размещения рельса с креплениями.

После компоновки проводят все проверки принятого сечения.

Действующая на балку сосредоточенная нагрузка от колеса крда распределяется рельсом и поясом на некоторый участок стенки, и в ней возникают местные нормальные напряжения . (рис. 2.67). Действительную эпюру распределения этих напряжений (пунктирная линия) можно заменить равновеликой (сплошная линия) из условия равенства их максимальных значений. Прочность стенки на действие максимальных местных напряжений проверяют по формуле:

Как отмечалось в п. 2.6.3, внецентренное расположение рельса на балке, а также воз­действие горизонтальной поперечной силы, приложенной к. головке рельса (рис: 2.68),

приводит к возникновению местного крутящего момента M_t, приложенно­го к верхнему поясу балки и вызывающего дополнительные напряжения от изгиба в стенке

Проверку прогиба подкрановых балок производят по правилам строи­тельной механики или приближенным способом. С достаточной точнос­тью прогиб разрезных подкрановых балок может быть определен по фор­муле:

Общая устойчивость подкрановых балок. Подкрановые балки рабо­тают на изгиб в двух плоскостях, при этом горизонтальная нагрузка при­ложена в уровне верхнего пояса. Согласно рекомендациям П. 5.25 [8], проверку устойчивости таких балок можно выполнить по формуле