Пример 10

Расчет выполнен для подкрановых балок открытой крановой эстакады копрового цеха. Колоннада построена в 1962 г., шаг колонн 12 м, эксплуатируются магнитно-грейферные мостовые краны грузоподъемностью Q = 15 т. Ниже приведены технические характеристики мостовых кранов и подкрановых балок.

А. Расчет балки по СНиП II-23-81*.

	Рельс Р-43
	-60´2,2	l = 1200 см
	-160´1,4	a = 150 см	s,	R,
	-60´2,2	Ix = 2214356,6 см3 FН = 42m	кН/см2	кН/см2

Нормальное напряжение в нижнем поясе	9,25	21
Касательное напряжение txy в сечении	1,63	12,76
Приведенные напряжения в стенке балки согласно (п. 13.34 СНиП II-23-81*)	12,96	25,3
Расчет выносливости стенки балки (п. 13,35 СНиП II-23-81*)	6,42	7,65

Согласно расчету прочность и выносливость обеспечены. Однако в этих балках после шести лет эксплуатации были обнаружены усталостные трещины.

Б. Проверим выносливость балки по разработанной методике. В результате исследования выявлены среднестатистические характеристики крановых нагрузок:

т;

проездов/сут (1039 пр/тыс. т продукции).

Оценим нагруженность верхней зоны стенки по приведенным напряжениям с учетом приведенных выше зависимостей:

s_x = 407,8; s_loc,y = 861,24; s_loc,x = 215,31; s_fy = 265,85; t_xy = 96,0; s_экс = 992,02 кг/см².

Из уравнения кривой усталостных отказов определим расчетный ресурс балки, соответствующий ее нагруженности

.

Накопленное за шесть лет эксплуатации балок при интенсивности выпуска продукции 1158,737 тыс. т/год число циклов нагружений N_э = 2×1039×1158,737 тыс. т = = 2,4 10⁶.

Поскольку N_экс > N_r , то повреждения появились вполне закономерно и обусловлены прежде всего условиями технологической нагруженности.

В. Оценим допустимую нагруженность балки в заданных условиях эксплуатации с учетом требуемой долговечности.

Пусть требуемый ресурс N_тр балок с учетом наращивания объемов выпуска продукции после выхода пролета на проектную мощность за счет интенсификации производства и соответственно повышения интенсивности эксплуатации конструкций при прогнозируемом сроке эксплуатации 30 лет равен N_тр = 8,36×10⁶ циклов.

Определим расчетное сопротивление балки по выносливости с учетом требуемого ресурса и долговечности, преобразовав выражение для N_r

.

Пути снижения нагруженности могут быть разными: увеличение числа катков и соответственно снижение давлений F, использование рельсов повышенной жесткости по I_кр и низкомодульных прокладок, увеличение металлоемкости верхней зоны балки или шага колонн с постановкой фахверковых промежуточных стоек между колоннами и т. д.

Обеспечим долговечность за счет постановки крана с четырехкатковой базой и применения рельса КР-100, в результате нормативное давление понизится в два раза и составит P = 21 т, соответственно F_экс = 16,8; I_кр = 765 см³, что в два раза больше, чем у рельса Р-43 и соответственно = 490 кг/см².

.

Долговечность обеспечена, т. е. исключены все затраты на ремонт и замену балок сроком на Т = 30 лет.