Глава 9

КОМПОНОВКА СЕЧЕНИЯ И РАСЧЕТ

СПЛОШНОЙ СВАРНОЙ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ

_____________________________________________________________

9.1. Особенности работы подкрановых балок

Главные особенности работы подкрановых балок:

– восприятие подвижной вертикальной нагрузки от крана, прикладываемой в любой точке по длине балки, а также оказывающей на нее динамическое воздействие;

– воздействие сравнительно больших сосредоточенных давлений от колес крана, передающихся через поясные швы на стенку балки и вызывающих ее смятие;

– наличие поперечных тормозных боковых сил, приводящих к изгибуверхней части балки в горизонтальной плоскости;

– на верхний пояс балки действует дополнительный крутящий момент, изгибающий стенку вследствие внецентренного приложения вертикальной нагрузки (при случайных смещениях рельса с оси подкрановой балки) и поперечных горизонтальных сил, приложенных в уровне головки рельса.

Нормы проектирования относят подкрановые конструкции к первой группе конструкций и регламентируют ряд специфических требований, которые необходимо учитывать при проектировании.

Пример 9.1.Подобрать сечение подкрановой балки составного двутаврового симметричного сечения под два электрических мостовых крана режима работы 5К грузоподъемностьюQ= 100/20 т. Пролет цехаL= 30 м, шаг колоннВ= 12 м. Ширина подкрановой части колонныh_н= 1250 мм.

Нагрузки на подкрановую балку приняты по табл. 6.2: нормативные значения давления на колеса крана F_кn1 = 450 кН и F_кn2 = 480 кН; вес тележки G_Т = 410 кН; тип кранового рельса КР-120 (ГОСТ 4121-76*). Количество колес на одной стороне крана n_о = 4. Материал конструкций – сталь класса С255 (температура эксплуатации t > –40 ^оС). Расчетное сопротивление R = 24 кН/см² для толщины свариваемых элементов t ≤ 20 мм.

Поясные швы выполняются автоматической сваркой сварочной проволокой марки Св-08А диаметром d = 4 мм. Расчет швов производится по металлу границы сплавления: R_wz = 16,65 кН/см²; β_z = 1,15; γ_wz = 1,0; γ_c = 1,0.

Коэффициент надежности по ответственности γ_n = 1,0.

9.2. Определение расчетных сил и усилий

Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса крана, расположенные на концевой балке кранового моста (см. рис. 7.2).

Схема крановой нагрузки приведена на рис. 9.1, а.

Рис. 9.1К определению расчетных усилий в разрезной подкрановой балке:

а – схема крановой нагрузки от двух кранов;б– невыгоднейшая установка кранов для определенияМ_max;в – установка кранов для определенияQ_max;

г – схема загружения балки одним краном для определения прогиба

г)

Продолжение рис. 9.1

Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с тележками, приближенными к одному подкрановому пути. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.

Определение расчетных сил. Расчетные значения вертикальных сил на колесе крана с учетом коэффициента надежности по ответственности γ_n составляют:

F_k1 = γ_nk₁γ_fF_кn1 = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 450 = 495 кН;

F_k2 = γ_nk₁γ_fF_кn2 = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 480 = 528 кН,

где k₁ – коэффициент динамичности, учитывающий ударный характер нагрузок при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов. Коэффициент динамичности k₁ принимается равным:

– при шаге колонн не более 12 м: k₁ = 1,2 для групп режима работы мостовых кранов 8К; k₁ = 1,1 для групп режимов работы 6К и 7К;

– при шаге колонн свыше 12 м k₁ = 1,1 для группы режима работы 8К;

– в остальных случаях k₁ = 1,0;

γ_f = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок, принимаемый по [7, п. 4.8].

Нормативное значение горизонтальной силы, возникающей от торможения тележки с подъемным грузом Q = 100 т, при расчете балок для кранов режимов работы 1К – 6К определяется по формуле

Т_кn = β(Q + G_Т)/n_o = 0,05 (9,8 ∙100 + 410 ) / 4 = 17,4 кН,

где β = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза и β = 0,1 – с жестким подвесом груза;

9,8 – коэффициент перехода от массы к весу груза.

При расчетах подкрановых конструкций под краны «особого» режима работы (7К и 8К) учитывают горизонтальную нагрузку, вызываемую перекосами кранов и не параллельностью крановых путей:

Т_кn = 0,1F_кn .

Расчетное значение горизонтального усилия на рельсе крана

Т_k = γ_nk₂γ_f Т_кn = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 17,4 = 19,14 кН,

где k₂ – коэффициент динамичности, принимаемый для группы мостовых кранов режима 8К – k₂ = 1,1; в остальных случаях k₂ = 1,0.

Определение расчетных усилий. Расчетные момент и поперечная сила от крановой нагрузки определяются по линиям влияния от установки двух спаренных кранов наибольшей грузоподъемности или путем построения эпюр моментов и поперечных сил от грузов при невыгоднейшем загружении подкрановой балки.

Для определения наибольшего изгибающего момента в разрезной балке от заданной системы сил следует установить грузы таким образом, чтобы равнодействующая всех грузов, находящихся на балке, и ближайший к ней груз были равноудалены от середины пролета балки (рис. 9.1, б), при этом наибольший изгибающий момент М_max будет находиться под грузом, ближайшем к середине пролета балки.

Величина равнодействующей четырех сил, действующих на балку:

R = 4F_к2 = 4 ∙ 528 = 2112 кН.

Положение равнодействующей R

Для определения усилий в балке М_max и в месте максимального момента соответствующей поперечной силы Q находим опорные реакции:

F_а = R(2,375 + 2,8375) / 12 = 2112 ∙ 5,2125 / 12 = 917,4 кН;

F_b = R – F_а = 2112 – 917,4 = 1194,6 кН.

Определяем максимальный изгибающий момент М_max в сечении под ближайшим к середине грузом от вертикальной нагрузки:

М_max = F_а(4,4125 + 0,8) – F_k2 ∙ 0,8 = 917,4 ∙ 5,2125 – 528 ∙ 0,8 = 4359,55 кН∙м.

Поперечная сила в месте М_max

Q = F_а – F_k2 = 917,4 – 528 = 389,4 кН.

Расчетное значение изгибающего момента М_x и поперечной силы в месте М_max от вертикальной нагрузки:

М_x = αψМ_max = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 4359,55 = 3890,9 кН∙м;

Q_M = αψQ = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 389,4 = 347,72 кН,

где α – коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановой конструкции и временную нагрузку на тормозной балке, предварительно принимае мый 1,03 для балок пролетом 6 м; 1,05 – пролетом 12 м; 1,08 – пролетом 18 м;

ψ – коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов при одновременном их воздействии и принимаемый при учете нагрузок:

– от двух кранов режимов работы 7К и 8К – ψ = 0,95;

– от двух кранов режимов работы 1К – 6К – ψ = 0,85.

При учете одного крана вертикальные и горизонтальные нагрузки принимаются без снижения.

Для определения максимальной поперечной силы на опоре Q_max необходимо установить один из грузов непосредственно над опорой, а остальные расположить как можно ближе к этой же опоре (рис. 9.1, в).

Определяем максимальную поперечную силу от вертикальной нагрузки:

Q_max = F^׳_a = [F_k2(12 + 11,2 + 8,05 + 7,25) + F_k1 (2,65 + 1,85)] 12 = 1879,6 кН.