Электронный учебно-методический комплекс по дисциплине Металлические конструкции для студентов специальности 1-70 02 01 – «Промышленное и гражданское строительство»
.pdf
Рис. 8.13. База колонны со сплошной стенкой: а, б- эпюры напряжений под опеорной плитой; 1- опорная плита; 2-траверса; анкерные болты; анкерная пластина; 5- центр тяжести эпюры сжимающих напряжений.
159
От каждого расчетного сочетания определяются наибольшие и наименьшие напряжения под опорной плитой базы:
σmaxmin=N/B·L±6M/BL² (8.32)
и строятся эпюры напряжений (см. рис. 8.13). После этого, для каждого участка опорной плиты (на рис.8.13 участки обозначены цифрами в кружках) находятся изгибающие моменты и по наибольшему определяется толщина опорной плиты (см. расчет баз центрально-сжатых колонн). При вычислении моментов в качестве напряжения используется наибольшее напряжение в пределах рассматриваемого участка. Расчет траверс производится также по аналогии с центрально-сжатыми колоннами. Здесь для определения усилий используется наибольшее реактивное напряжение в пределах длины траверс.
Для сквозных колонн базы проектируют раздельно для каждой ветви. Конструктирование и расчет таких баз выполняется как для центрально-сжатых колонн (предварительно усилия N и M, N' и M' распределяются между ветвями см. формулу (8.22). При этом, центры тяжести опорных плит должны совпадать с центрами тяжести ветвей.
Расчет анкерных (фундаментных) болтов
Для расчета используются два сочетания с разнозначными моментами, при этом, абсолютные значения моментов должны быть наибольшими, а соответствующие им нормальные силы, от тех же самых нагрузок, наименьшими, т.е. в используемых сочетаниях отношение [M]/N должно быть наибольшим. Как правило, сочетания, соответствующие указанным требованиям образуются двумя нагрузками: постоянной и ветровой. Постоянная нагрузка уменьшает усилия в анкерных болтах, и поэтому она берется с коэффициентом надежности по нагрузке равным 0.9.
При сплошной базе (см. рис. 8.13) растягивающие усилия в анкерных болтах крановой и наружной ветвей определяются, соответственно по формулам:
Nак = (M2-N2 b2)/y2, Nан = (-M1-N1 b3)/y3. (8.33)
Размеры b2, b3, y2, y3 приведены на рис.8.13. Указанные размеры вычисляются для эпюр напряжений соответствующих сочетаниям по расчету анкерных болтов. Расстояние от края опорной плиты до центра анкерных болтов (размер "m" на рис. 9.6) назначается в пределах 50...100 мм. При раздельной базе центр анкерных болтов крановой ветви совпадает с осью этой ветви, тоже для наружной ветви. Тогда усилия, приходящиеся на анкера крановой и наружной ветвей, определяются по формулам:
Nак = (M2-N2 y2)/h0, |
Nан |
= (-M1-N1 y1)/h0. |
(8.34) |
Размеры y1, y2, h0 приведены на рис. |
8.10. После вычисления усилий, |
определяют |
|
160
требуемую площадь анкеров и затем задают количество анкерных болтов и находят их диаметр либо наоборот. Рекомендуется диаметры анкерных болтов принимать одинаковыми для крановой и наружной ветвей и назначать их в интервале 24...36 мм. Расчет анкерных пластинок производится, как изгибаемых элементов: опорами которым служат траверсы, а нагрузкой усилия в анкерных болтах.
Подкрановые конструкции
1)Составные подкрановые конструкции. Их конструктивные решения. Обозначения на рисунках:
1)Тормозная конструкция (сплошной рифлёный лист)
2)Окаймляющий (поддерживающий швеллер)
3)Тормозная конструкция (решётчатая ферма)
4)Вспомогательная ферма
5)…
6)Вертикальные связи (поперечные)
7)Связевая ферма по нижним поясам балок
8)Подкрановая балка
9)Ребро жёсткости (рис. 5б)
161
Подкрановые конструкции воспринимают воздействия от подъёмнотранспортного оборудования (главным образом мостовых опорных и подвесных кранов). Подкрановые конструкции под мостовые краны могут состоять из подкрановых балок (рис. 1,2) или ферм (рис. 3,4), воспринимающих вертикальные нагрузки от кранов:
-тормозных балок (рис. 6) или ферм (рис. 7), воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия
-связей, обеспечивающих жёсткость и неизменность подкрановых конструкций
-крановых рельсов с элементами их крепления и упоров
Подкрановые балки чаще всего применяют сплошного сечения разрезные (рис. 1) и неразрезные (рис. 2). Разрезные проще в монтаже, нечувствительные к осадке опор. Неразрезные экономичнее разрезных на 12÷15% по расходу металла, но более трудоемки при монтаже, так как необходимо устройство монтажных стыков. При осадке опор оценивается коэффициентом 
, здесь 
перемещение
опоры от единичной силы (с учетом осадки фундамента); 
- жесткость подкрановой балки; 
– пролет балки. При с ≥ 0,05 – неразрезные балки не применяют.
При кранах, грузоподъемностью до 30 тонн и шагах колонн 
18 метров целесообразны решетчатые подкрановые балки с жесткими верхними поясами (рис. 3), что дает экономию металла 
15
20 % по сравнению со сплошными разрезными. При тяжелых кранах и шагах колонн 
24 метра применяют подкрановоподстропильные фермы (рис. 4), объединяющие в себе подкрановые балки и подстропильные фермы.
162
Типы сечений подкрановых балок зависят от их пролета грузоподъемности и режима работы кранов. При пролете 6 метров и кранах Q
50 тонн для восприятия горизонтальных поперечных сил вместо применения тормозных конструкций достаточно развить сечение верхнего пояса балки (рис. 5а).
При кранах Q ≥ 50 тонн, либо больших пролетах балок устраивают специальные тормозные конструкции – тормозные балки (рис. 5б, 6а,б) или фермы (рис. 5в, 7а,б). фермы экономичнее по расходу стали, но сложнее в изготовлении и монтаже, поэтому при ширине тормозных конструкций до 1250 мм. обычно применяют тормозные балки со стенкой в виде рифленого листа t
6
мм. Для крайнего ряда (рис. 6а) поясами тормозной балки являются: верхний пояс подкрановой балки и окаймляющий швеллер (рис. 5б), либо пояс вспомогательной фермы (рис 5в). В средних рядах поясами тормозной балки (рис. 6б) являются верхние пояса балок смежных пролетов. Тормозные листы снизу укрепляют ребрами - 65x6 с шагом 1.5
2 м. (поз. 9). При ширине тормозных конструкций больше 1250 мм применяют тормозные фермы (рис 7а, б). При кранах тяжелого режима работы, в основном, применяют тормозные балки (независимо от их ширины), которые используются для прохода и обслуживания путей и кранов. Для предотвращения колебаний НП балок при их свободной длине больше 12 метров, по НП устраивают легкие связевые фермы (поз. 5,7). При блочном методе монтажа между балками устраивают вертикальные связи (сеч. 2-2, поз.6), обеспечивающие жесткость блока при кручении.
2) Расчет сплошных подкрановых балок а) Определение расчетных усилий
163
Усилия в подкрановых конструкциях определяются по линиям влияния для системы подвижных грузов. Для разрезных балок можно использовать правило Винклера.
По этому правилу наибольший изгибающий момент 
в балке от системы сил возникает, если равнодействующая всех сил, находящихся на балке 
и ближайшая к ней сила равноудалена от середины пролёта балки (рис. а). При этом 
будет находиться под силой ближайшей к середине пролёта. Здесь же находят и Q соответствующее. Т.е. расстояние С определим из условия равенства моментов в любой точке пролёта от всех 
и от их равнодействующей. Удобно для точки А ???
Наибольшая поперечная сила 
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. б). Расчётные усилия от вертикальных нагрузок : 
,где 
- принимают по соответствующим линиям влияния, 
- коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановой конструкции (при 
=6 м,
=1,03;
=12 м,
=1,05; 
=18 м, ,
=???)
Расчетные усилия 
от горизонтальной поперечной нагрузки 
находят при том же положении кранов, поэтому 
.
3) Компоновка сечений подкрановых балок производится в том же порядке, что и обычных балок (см. рис). Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжения в ВП балки можно учесть коэффициентом 
,
где ширина сечения тормозной конструкции |
принимается равной ширине нижней |
части колонны , а высоту балки принимают |
. Таким образом, условия |
прочности для точки А верхнего пояса можно представить в виде : 
, откуда требуемый момент сопротивления : 
.
Далее аналогично обычным балкам определяют толщину стенки 
и оптимальную высоту балки.
164
При определении минимальной высоты следует иметь в виду, что жёсткость подкрановых балок проверяется на нагрузку от одного крана, поэтому предварительно по линиям влияния либо по правилу Винклера необходимо вычислить максимальный момент при загружении балки одним краном 
(при
). Т.о. 
, где предельный относительный прогиб 
принимается при кранах лёгкого и среднего режимов работы (1к÷6к) - 
, тяжёлого (7к) - 
и весьма тяжёлого (8к) - 
. Далее традиционным образом компонуется
сечение.
4) Проверочные расчёты подкрановых балок а) Расчёт на прочность по нормальным напряжениям производится в
предположении, что вертикальная нагрузка воспринимается только сечением подкрановой балки (без учёта тормозной конструкции), а горизонтальная – только тормозной балкой, в состав сечения которой входят: верхний пояс подкрановой балки, тормозной лист и окаймляющий элемент. Т.о. верхний пояс балки работает как на вертикальную, так и на горизонтальную нагрузку и суммарные напряжения в точке А определяются по формуле:
В нижнем поясе: |
, где , – моменты инерции |
подкрановой балки и тормозной балки соответственно.
165
Если тормозная конструкция запроектирована в виде фермы, то ВП балки помимо напряжения от изгиба в вертикальной плоскости воспринимает осевое усилие 
от его работы в составе тормозной фермы, а также местный
изгибающий момент от внеузлового приложения силы 
, d –
расстояние между узлами фермы; коэффициент (0.9) – учитывает неразрезность пояса в узлах. Т.о. устойчивость верхнего пояса из плоскости балки можно проверить по приближенной формуле:
Здесь 
– коэффициент продольного изгиба, определяемый по гибкости ВП относительно его вертикальной оси при расчётной длине, равной d. 
– площадь сечения верхнего пояса. 
– момент сопротивления ВП относительно его вертикальной оси.
б) Расчёт на срез по опоре выполняется по формуле 
, где
– максимальная поперечная сила на опоре.
в) Прочность стенки на действие максимальных местных напряжений проверяют по формуле: 
, где 
– условная (расчётная)
длина распределения усилия P, зависящая от жёсткости пояса, рельса и способа сопряжения пояса и стенки. C – коэффициент, учитывающий степень податливости сопряжения пояса и стенки.
166
Для сварных и прокатных балок С-3.25, 
– сумма собственных моментов инерции пояса балки и кранового рельса, либо общий момент инерции рельса и пояса в случае приварки рельса швами, обеспечивающими совместную работу рельса и пояса.
– коэффициент увеличения вертикальной сосредоточенной нагрузки на колесо, учитывающий возможное перераспределение усилий между колёсами и динамический характер нагрузки и равный:
-1.6 при режиме 8к (В.Т.) и жёстком подвесе груза
-1.4 при режиме 8к (В.Т.) и гибком подвесе груза
-1.3 при режиме 7к (тяжёлый режим работы)
-1.1 при прочих режимах г) Проверка стенок подкрановых балок на уровне поясных швов на
совместное действие |
производится по формуле: |
|
|
, здесь |
- нормальные |
напряжения в стенке балки на уровне поясного шва; 
- расстояние от нейтральной оси до поясного шва: 
=
; 
– касательные напряжения на уровне
поясного шва; коэффициент 
– при расчёте разрезных балок, 
– при расчёте сечений на опорах неразрезных балок.
Стенки подкрановых балок при режимах работы 7к и 8к кроме того по п.13.34 СНиП проверяют на дополнительные компоненты напряжённого состояния.
д) Расчёт на выносливость выполняют для подкрановых балок при числе циклов загружения 
на нагрузку от одного крана с понижающим коэффициентом 
=0.5 (режимы 4к÷6к); 
=0.6 (режим 7к); 
=0.7 (режим 8к). Расчёт ведут по формуле:
167
, где 
определяется по п. а). 
– расчётное сопротивление усталости (по табл. 32 СНиП) в зависимости от 
и группы элементов конструкции (конструктивного решения по табл. 83). 
– коэффициент, учитывающий количество циклов нагружений n: 
=0.77 (режим работы 7к,8к), 
=1.1 (остальные режимы). 
– коэффициент, зависящий от вида напряжённого состояния и коэффициента асимметрии напряжений 
?? и принимается по табл.33
СНиП.
е) Общая устойчивость подкрановых балок проверяется по формуле: 
, причём при определении 
за расчётную длину 
принимают
расстояние между точками закреплений сжатого пояса от поперечных смещений (узлами связей). При отсутствии связей 
. При наличии сплошной тормозной конструкции, непрерывно опирающейся на сжатый пояс и надёжно с ним связанной, общая устойчивость не проверяется.
ж) Проверка местной устойчивости элементов сечения для прокатных балок не требуется. Для составных сечений местная устойчивость сжатого пояса проверяется по формулам таблицы 30, которые ?? отношение сжатого свеса полки к её толщине ( / ). Местная устойчивость стенки обеспечена, если условная гибкость
стенки: . В противном случае местная устойчивость стенки проверяется с учётом метсных нормальных напряжений 
, по формуле: 
. Рёбра жёсткости устанавливают аналогично обычным
балкам.
Расчёт соединения поясов со стенкой Поясные швы помимо продольного сдвигающего усилия, возникающего от
изгиба балки, воспринимают вертикальные сосредоточенные усилия от колеса крана P. Результирующее напряжение в шве равно геометрической сумме напряжений от
поперечной силы и местных напряжений от силы P |
|
: |
, где |
; |
для случая |
расчёта по металлу шва. По металлу границы сплавления расчёт аналогичный.
168