3.5 Определение требуемого момента сопротивления балки.

где m =0,9 - коэффициент снижения нормативных расчетных сопротивлений R_Н при тяжелом режиме работы;

RН = 29 кH /см² - расчетное сопротивление стали 10ХСНД;

2 - понижение расчетных сопротивлений с учетом влияния на прочность верхнего пояса горизонтальных нагрузок, кH/см².

3.6 Подбор сечения и проверка прочности балки

3.6.1 Подбор сечения балки

Определение высоты балки по условию жесткости [1, с. 62, формула (3.10) и с. 319, приложение 4; 2, с. 174, табл. 4-36]:

(3.11)

где l=1200см – пролет балки;

R= 29 кН/см² – расчетное сопротивление стали;

М_Н =338194 кН см – нормативный момент в сечении 5;

М_Р =468737 кН см – расчетный момент в сечении 5.

Определение высоты балки по оптимальности веса [1, с. 62, формула (3.11); 3, с.113-114].

Задаемся гибкостью стенки по таблицам [1, с. 63, табл. 3.1]:

Wн=Мр/mR-2.

(3.12)

Определение высоты балки из условия экономичности

Принимаем высоту балки по большему значению, округляя последнюю цифру до 5 или 0, принимаем, h = 130 см, высота стенки h_ст = 166 см, оставляем по 2 см на полки.

Определение толщины стенки:

- по прочности на опоре от действия касательных напряжений [1, с.63, формула (3.13)]:

(3.13)

где Q_Н=1207кН - перерезывающая нормативная сила;

R_СР = 17 кН/см² – расчетное сопротивление среза для стали 10ХСНД.

- по прочности от местного давления под колесом крана [4, с. 74, формула (3.50)]:

где Р1 – расчетное давление колеса крана с учетом коэффициента перегрузки

n = 1,2;

P₁ = Р_нn=340*1,2=408 (кН);

n₁ =1,3– коэффициент при тяжелом режиме и гибком подвесе;

I_Р = 4924 см⁴ – момент инерции кранового рельса, для КР 120;

RН = 29 кН/см² – расчетное сопротивление стали 10 ХСНД.

Принимаем толщину стенки _ст =1см из сортового проката.

Определение сечений поясов балки [1, с. 63, формула (3.14); 3, с. 144, §4]:

(3.14)

но

F_n = _n b_n, где b_n  30_n; Fn  30²_n,

откуда

,

Принимаем широкополосную сталь по ГОСТ 82-70 [2, с.39], сечением 14х450 мм – для полок, для стенки -16х760 мм.

Рисунок 3.4 –Эскиз подкрановой балки двутаврового сечения.

Подбор сечений тормозной балки [1, с. 69-72, с. 114-118]

Рисунок 3.5 - Сечение тормозной и подкрановой балки

Поле тормозной балки выполняем из швеллера №24, параметры которого: F₁ = 30,6 см²; Zо₁ = 2,42 см; I₁ =208 см⁴. Лист 1050х6 мм рифлёный.

Определение геометрических характеристик тормозной балки.

Положение центра тяжести сечения тормозной балки относительно оси Y-Y:

где F₁ =30,6 см²– площадь элемента 1 (швеллера);

F₂ =105*0,6=63(см²)– площадь элемента 2 (листа);

F₃ =45*1,4=63(см²)– площадь элемента 3 (верхнего пояса);

X₁ =70-2,4=67,6(см)– расстояние от центра тяжести элемента 1 до оси Y-Y;

Х₂ =52,5+24=76,5(см)- расстояние от центра тяжести элемента 2 до оси Y-Y.

Момент инерции сечения относительно оси У_С.

(3.15)

где Хс₁ =89,4 см – расстояние от центра тяжести элемента 1 до оси Y_С;

Хс₂ =33,3 см – Расстояние от центра тяжести элемента 2 до оси Y_С.

Моменты сопротивления изгибу для крайних волокон в точках а и в (см. рис. 2.7):

; (3.16)

; (3.17)

где h_А, h_В – расстояние от центра тяжести сечения до точек А и В.

3.6.2 Определение геометрических характеристик сечения балки

(3.18)

где h ст=166 см – высота стенки балки.

(3.19)

(3.20)

. (3.21)

Определим процент содержания металла сечения в поясах балки:

в поясах содержится более 30% обшей массы сечения.

3.6.3 Проверка прочности балки по нормальным и касательным напряжениям

В точке “а” верхнего пояса

(3.22)

- в нижнем поясе

(3.23)

Касательные напряжения в стенке под опорой

(3.24)

- для стали 10ХСНД.

значит ,, но при этом:

, что допустимо.

3.6.4 Проверка жесткости балки от вертикальных нормативных нагрузок

(3.25)

где к = 1,1 – коэффициент динамичности;

n = 1,2 – коэффициент перегрузки.

Абсолютный прогиб балки

(3.26)

Е = 2,1 10⁴, кН/см² – модуль упругости стали.

Относительный прогиб

(3.27)

2.6.6 Проверка прочности стенки при местном давлении колеса крана

Рисунок 3.6 – Схема передачи давления от колеса крана на лист стенки.

(3.28)

где n₁ = 1,3;

Р₁ =456 кН - расчетное давление колеса крана.

Z – линейная зона передачи давления.

, (3.29)

I_Р =4923 см⁴ - момент инерции рельса КР120,

I_n - момент инерции пояса балки, I_n = ;

C = 3,25 для сварных балок.

2.6.7 Проверка общей устойчивости балки

При =3 и=15 общая устойчивость обеспечена, но действительное значение составляет:

больше допускаемого, поэтому требуется:

-устройство тормозной площадки;

-дополнительное закрепление верхнего пояса от изгиба в горизонтальной плоскости.

Общую устойчивость обеспечиваем установкой тормозной площадки и стержневых связей с колонной.