7. Конструирование и расчет подкрановой балки

7.1. Исходные данные

Требуется рассчитать подкрановую балку сплошного сечения пролётом 12м под два крана тяжёлого режима работы грузоподъёмностью 100т. Материал подкрановой балки – сталь 255 ГОСТ 27772-88 (Вст3сп5).

Пролет крана 30м, наибольшее нормативное давление колеса крана P_н=4850гН, масса крана G=13800гН. Крановый рельс типа КР-120 ГОСТ 4121-76^*. Схема кранового поезда из двух сближенных кранов Q=100т показана на рис.7.1. Масса тележки крана 41,2т.

Сварка поясных соединений – автоматическая с полным проваром стенки. Швы вогнутые. Сварочная проволока Cв-08 А ГОСТ 2246-70, флюс АН-348 А ГОСТ 9087-81.

Расчётные силы, передающиеся на балку от колеса крана, определены в табл.7.1. Нормативная тормозная сила, передающаяся на рельс от одного колеса крана:

T_н=0,1×P_н=0,1×4850=485гН.

Таблица 7.1. Сосредоточенные силы, передающиеся на рельс от одного колеса крана

Сила, передающаяся от колеса крана на балку	Нормативная сила, гН	Коэффициенты				Расчетная сила, гН
		надёжности	динамичности	сочетаний	массы
Вертикальная P	4850	1,1	1,1	0,95	1,03	5742
Горизонтальная T=0,1∙Р	485	1,1	1,0	0,95	-	507

7.2. Определение максимального изгибающего момента m и поперечной силы q

Положение кранов на балке для определения максимального изгибающего момента находится по правилу Винклера. Вначале определяется число колёс от двух сближенных кранов, помещающихся на подкрановой балке. Выполнением рисунка в масштабе, устанавливаем, что на балке длиной 12м помещается шесть колёс (один кран полностью и два колеса от второго крана). Находим место приложения равнодействующей (центр тяжести), взяв сумму статических моментов относительно удобной точки. Центр тяжести находится на расстоянии 5,45м от точки “0”. Сила, ближайшая к центру тяжести, является критической на расстоянии а=0,05м от центра тяжести.

Равнодействующую и критическую силы расположим симметрично относительно середины пролета балки, тогда опорные реакции будут равны:

Максимальный изгибающий момент под критической силой (рис. 7.2.):

Максимальная поперечная сила на опоре определяется по линии влияния. Наиболее сближенные колёса расположим около опоры. Всего шесть колес от двух кранов.

Тогда (рис. 7.3)

Массу балки учтём увеличением нагрузки на 3% (табл.7.1.).

Расчётный изгибающий момент от сил поперечного торможения

Нормативное значение изгибающего момента в вертикальной плоскости

7.3. Назначение сечения сварной двутавровой балки

Сталь балки малоуглеродистая спокойной плавки С255, Вст3сп5, Гост 27772-88 с расчётными характеристиками:

;

;

коэффициент условий работы g = 0,9;

модуль упругости стали Е = 206000 МПа;

допустимый относительный прогиб балки .

Расчёт сечения балки производим в следующей последовательности:

1. Требуемый момент сопротивления балки из условия прочности её на изгиб определяется по формуле:

2. Минимальный момент инерции балки из условия её достаточной жёсткости от нормативной нагрузки рассчитывается по формуле

3. Ориентировочная высота балки

.

4. Минимальная площадь сечения стенки из условия прочности её на срез определяется по формуле

5. Ориентировочная толщина стенки из условия её среза

6. Из условия заданной гибкости стенки

см

Назначаем толщину стенки

7. Требуемая суммарная площадь сечения всей балки

8. Оптимальная высота стенки балки при заданной толщине стенки, равной 1,6 см:

9. Окончательно назначаем высоту стенки h_ст = 180 см.

10. Распределяем площадь сечения между поясами и стенкой:

– верхний пояс – 30% от ; А_в = 215,2 см²;

– стенка – 50% от ; А_ст = 358,7 см²;

– нижний пояс – 20% от ; А_н = 143,5 см².

Назначаем размеры сечения не менее найденных, желательно из стандартного проката:

– верхний пояс: лист 83´2,6; А_в = 215,8 см²;

– стенка: лист 180´2; А_ст = 360 см²;

– нижний пояс: лист 65´2,2; А_н = 143 см².

Фактическая суммарная площадь сечения =718,8 > 717,4 см².