Вопрос 20.8.(активизирующий). Как Вы думаете, нижние поясные швы рассчитываются только на сдвигающие усилия?(блок 3)

Да	Нет
Ваш ответ верен, так как влияние вертикального давления колес крана на нижние поясные швы равно нулю.	Ваш ответ неверен, так как влияние вертикального давления колес крана на нижние поясные швы равно нулю.

В клепанных подкрановых балках считается, что местное давление распределяется равномерно по заклепкам, расположенным на участке длиной l_ef . Поэтому наибольший шаг заклепок а (при однорядном их расположении ) определяют по формуле:

где N_min– наименьшее расчетное усилие, допускаемое на одну заклепку, по срезу или смятию;= 0,4 – в случае если стенка балки прострогана заподлицо с обушками верхних поясных уголков и= 1 – если такой пристрожки нет.

В подкрановых балках рекомендуется всегда делать такую пристрожку.

Пример 20.1. Расчет подкрановой балки.

1. Исходные данные: в пролете работает два крана грузоподъемностью 20/5 тс – В=5600 мм; А₂=4400 мм;Fⁿ_max=161 кН; КР70 (h=120 мм; в=120 мм);h_пб=1000 мм. Материал: сталь С255 сR_y=255МПа.

Максимальное расчетное давление колес крана:

• вертикальное кН;

• горизонтальное кН.

Схема кранового поезда из двух сближенных кранов приведена на рис. 22

440012004400 мм, что в сумме составляет 10000 мм.

2. Определение силовых факторов. На балке пролетом 6 м устанавливаются только два колеса (принимаем от разных кранов). По правилу Винклера устанавливаем грузы на балке: один груз на расстоянии 300 мм от середины балки, второй с другой стороны на расстоянии 900 мм.

Для определения максимального изгибающего момента и соответствующей поперечной силы можно использовать два способа:

1) по линиям влияния для М и Q(см. рис. 20.7.);

2) рассчитать балку при данном расположении грузов. Поскольку грузов мало (всего 2) воспользуемся вторым способом. Предварительно определяем опорную реакцию со стороны критического груза (ближнего к середине балки)

; кН

;

.

Изгибающий момент от бокового давления крана :

.

Расчетные усилия в подкрановой балке с учетом собственного веса и временной нагрузки:

;

.

В связи с тем, что подкрановую балку под кран режима работы 5К необходимо проверить на выносливость от нормативных нагрузок одного крана, умноженных на понижающий коэффициент

.

3. Подбор сечения подкрановой балки. Определяем оптимальную высоту несимметричной подкрановой балки по формуле:

,

где =1,2;t=7+3h=10 мм

.

Минимальная высота балки:

Принимаем сечение из двутавра №50Б1 и листа толщиной t_f=10мм и шириной 380 мм

(рис. 20.3,а.).

Находим положение центра тяжести :

Определяем геометрические характеристики сечения: момент инерции сечения балки относительно оси x-x:

Моменты сопротивления: ;.

Напряжения в верхнем и нижнем поясах от вертикальных нагрузок:

Проверяем прочность стенки балки от местного давления колеса крана по формуле:

,

где ;

F=1,1161=177,1 кН

см

Наибольшие касательные напряжения на нейтральной оси стенки у опоры

Проверяем жесткость балки по формуле:

Жесткость балки обеспечена.

Нормативные напряжения в верхнем поясе подкрановой балки от совместного действия наибольшего изгибающего вертикального и горизонтального моментов

,

где

4. Проверка подкрановой балки на выносливость.

Проверяем выносливость поясов на нормативную нагрузку от одного крана, умноженную на коэффициент по формуле

,

где

определяем при n=210⁶;

;

R_=100 МПа;

(сжатие); (растяжение).

При отношении и условной гибкости стенкиместная устойчивость стенки обеспечена.

Для улучшения работы на кручение конструктивно ставим ребра жесткости на максимальных расстояниях 3h=350=150 см.

5. Расчет опорного ребра подкрановой балки.

Передачу опорной реакции на колонну осуществляем через опорное ребро.

Поперечное сечение ребра определяется из условия работы на смятие

.

Принимаем размеры ребра 180,8=14,4 см².

Проверяем общую устойчивость опорного ребра из плоскости балки

h=50 см; А=14,4+0,84150,8=25 см²

_y=50/3,95=12,66 и_y=0,982

.

Таким образом, прочность и устойчивость опорного ребра обеспечены.

Конец примера.

20.3.4. Сквозные подкрановые балки (фермы с жестким поясом)

Сквозные подкрановые балки (фермы с жестким поясом) (рис.20.10.) оказываются целесообразными при пролетах 18 и более м, под краны грузоподъемностью не более 30 тс и применяются только при легком и среднем (1К – 6К) режимах работы.

Рис. 20.10. Сквозная (решетчатая) подкрановая балка.

а – схема; б – типы сечения верхнего пояса; в – конструктивное решение.

Высота подкрановой фермы принимается в пределах h= (1/61/8)L. Длина панелиdкратной 3 м. Высота верхнего пояса подкрановой фермы принимается (1/51/7)d; решетка принимается треугольная с дополнительными стойками. Решетка центрируется, как правило, на нижнюю кромку верхнего пояса.

Верхний пояс работает на сжатие с изгибом, поэтому сечение принимается из прокатных двутавров и прокатных двутавров с усиленным верхним поясом (двумя уголками или листом). Фасонки ферм принимают толщиной не менее 10 мм и к верхнему поясу приваривают с проваром на всю толщину.

В элементах подкрановой фермы возникают знакоперементные усилия, поэтому следует обращать особое внимание на уменьшение концентраторов напряжений.

По статической схеме решетчатые подкрановые конструкции представляют собой комбинированную систему – ферму с жестким верхним поясом. При расчете точными методами задача получается достаточно сложной. Поэтому предварительные расчеты обычно выполняют практическими (приближенными) методами: продольные усилия определяют как в ферме (ось верхнего пояса принимается по оси верхнего пояса), а моменты определяются приближенными методами. В общем случае местный момент складывается из трех составляющих: момент в неразрезной балке с жесткими опорами; от прогиба фермы; от эксцентриситета прикрепления решетки: M_M =M^I +M^II+M^III.

Рис. 20.11. Схемы к расчету подкрановых ферм.

а – с тормозной балкой; б – с тормозной фермой.

А чаще момент в верхнем поясе подкрановой фермы находят еще проще (если в панели размещается только одно колесо крана) по формуле: M=Fd/ 3, гдеF– усилие от одного колеса крана;d- длина панели верхнего пояса.

Затем определяют усилия от горизонтальных нагрузок: изгибающий момент М_у (при тормозных балках) или продольное усилиеN_т и местный момент М_му(при тормозных фермах).

Все усилия определяются при одном положении кранов.

По полученным силовым факторам подбирают сечения элементов и затем проверяют их по приближенным формулам:

для верхнего пояса в случае с тормозной балкой (рис. 20.11,а.)

в случае с тормозной фермой (рис. 20.11,б.)

для остальных элементов используют формулы для центрального растяжения и для центрального сжатия (при расчете на устойчивость)

Расчетные длины стержней подкрановых ферм определяют так же как и обычных ферм. При этом предельная гибкость элементов должна быть не более: для поясов и опорных раскосов при сжатии 120, при растяжении – 150; для остальных элементов при сжатии – 150, при растяжении – 350.

Проверка жесткости подкрановой фермы (прогиба) может быть произведена по приближенной формуле:

где приh_ф /l=1/6 равен 1,4 , а приh_ф/l= 1/8 – 1,3.

Предельные значения относительного прогиба принимаются как и для балок в зависимости от группы режимов работы кранов по СНиП’у «Нагрузки и воздействия (дополнение)».

При проверке усталостной прочности подкрановых ферм необходимо учитывать повышенную концентрацию напряжений в узлах крепления решетки.

20.3.5. Подкраново-подстропильные фермы

Подкраново-подстропильные фермы (рис. 20.12.) при пролетах (шагах колонн) L  24 м и тяжелых кранах. Они представляют собой комбинированную конструкцию: ферму с жестким нижним поясом, с ездой понизу.

Высота подкраново-подстропильной фермы в осях составляет (1/61/8)L; высота жесткого нижнего пояса (1/51/7)d(здесьd– наибольшая длина панели).

Опорные раскосы центрируются на (0,20,3)hниже верхней грани нижнего пояса.

Рис. 20.12. Подкраново-подстропильная ферма.

Нагрузка от кранов передаётся на нижний пояс с эксцентриситетом, поэтому нижний пояс работает, кроме местного изгиба и центрального растяжения, еще на кручение.

Для лучшей работы на кручение нижний пояс проектируют коробчатого типа с диафрагмами сплошными (с проходами) или сквозные на расстояниях друг от друга (1,21,5)h, но не реже, чем через 4 м. При расчете нижнего пояса на кручение противодействием решетки пренебрегают, а при расчете элементов решетки необходимо учитывать дополнительный изгибающий момент из плоскости подкраново-подстропильной фермы М_доп=где- угол закручивания пояса в месте примыкания рассматриваемого элемента решетки;- момент инерции элемента решетки в плоскости действия момента;l– геометрическая длина стержня.

Усилия в элементах подкраново-подстропильных ферм определяют как в комбинированной системе. При предварительном расчете допускается определять усилия в элементах по шарнирной схеме, а моменты в нижнем поясе – определять как в балке на упругоподатливых опорах.

В наиболее напряженном состоянии находится нижний пояс подкраново-подстропильной фермы, представляющий собой тонкостенный замкнутый стержень коробчатого сечения; пояс испытывает стесненное кручение. Проверку его прочности в общем случае следует проводить с учетом всех компонентов напряженного состояния тонкостенного стержня:

где N– продольное усилие в нижнем поясе;M_x – момент от вертикальной нагрузки; M_y – момент от горизонтальных поперечных сил, определяется как в разрезной балке пролетом l(подкраново-подстропильной фермы в целом); В – бимомент в рассматриваемом сечении от вертикальных и горизонтальных нагрузок; А,I_x, I_y,I_- площадь сечения и моменты инерции нижнего пояса; х, у,- линейные и секториальная координаты.

Напряжения от стесненного кручения (от В) в замкнутых коробчатых сечениях обычно невелики, и их можно учесть приближенно принимая _c= 0,9.

Касательные напряжения в поясе определяются также по общей формуле:

здесь M_w- изгибно-крутящий момент (M_w= dB / dx), M_kp- момент чистого кручения; h, b - высота сечения пояса и расстояние между осями стенок; t - толщина листа в точке проверки касательного напряжения.

Поперечную силу Q_х допускается определять как в неразрезной балке с пролетами l = d; при определении M_wи M_kpжесткость решетки можно не учитывать и рассматривать нижний пояс как тонкостенный стержень с пролетом, равным пролету фермы.

Прогиб подкраново-подстропильной фермы может быть определен как для подкрановой фермы по формуле:

20.3.6. Узлы и детали подкрановых конструкций.

1) опорные узлы подкрановых балок.

Вертикальное давление разрезных подкрановых балок (рис. 20.13.)передается на колонну обычно через выступающий фрезерованный торец опорного ребра. Рассчитывают и конструируют опорное ребро также как и у обычных балок: площадь определяется исходя из расчета на смятие, а принятое сечение проверяют на устойчивость из плоскости.

В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку. Анкерные болты в этих балках должны быть рассчитаны на отрывающее усилие на опоре смежного, незагруженного пролета.

Рис. 20.13. Опорные узлы подкрановых балок.

а – разрезных; б – неразрезных.

Узлы крепления подкрановых конструкций (20.6.).Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам (рис. 20.14.). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное усилие H:

Н = Т_max(h₁/ h₂),

где Т_max- опорное давление балки от поперечных горизонтальных усилий на колесах крана; h₁, h₂- расстояние от низа балки (точка поворота) до отметки головки рельса и места расположения элементов крепления.

20.6. Узлы крепления подкрановых конструкций. (блок 4) Узлы крепления подкрановых конструкций передают вертикальные и горизонтальные воздействия кранов на колонны. Вернитесь к тексту.

Рис. 20.14. К расчету узла крепления подкрановых балок к колонне.

а – схема передачи горизонтального поперечного усилия; б – перемещение узла; в – расчетная схема элемента крепления; г – передача усилий при перекосе опорного ребра.

Если конструкции креплений обладают достаточной жесткостью и препятствуют обжатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие усилия, вызванные перемещениями, что при многократных повторных нагружениях приводит к усталостному разрушению элементов крепления. Это подтверждается результатами натурных обследований.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.

Для того, чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений элементов крепления, применяют два типа узлов (рис. 20.15.): передача

Рис. 20.15. Узлы крепления разрезных подкрановых балок к колоннам.

а – с упорными планками; б – с гибкими стержнями.

усилий через упорные планки, допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений; передача усилий через гибкие элементы (болты или листовые элементы).

Крановые рельсы с элементами их креплений и упоров (20.7.).Для мостовых кранов применяют 3 типа рельсов: квадратный рельс, железнодорожный и специальный крановый рельс.

20.7. Крановые рельсы с элементами их креплений и упоров. (блок 4) Крановые рельсы служат для перемещения кранов вдоль здания; крепления обеспечивают проектное положение рельса; упоры устанавливаются в конце пути, снабжаются амортизаторами для обеспечения остановки крана в конце пути. Вернитесь к тексту.

Крепление рельса к подкрановой балке (рис. 20.16.)зависит от типа рельса, режима работы крана и бывает нескольких видов: обычными или пружинными шайбами (рис. 20.17.) на болтах;

Рис. 20.16. Крепление рельсов к подкрановой балке.

а – тип КР; б – железнодорожных; в, г – квадратных; 1 – пружинная шайба; 2 – болт М22.

крючьями и иногда на сварке (не рекомендуется, так как затруднительна рихтовка рельса).

Между рельсом и поясом балки целесообразно устраивать упругие прокладки из низкомодульного материала, которые улучшают работу подкрановых конструкций особенно на динамические воздействия.

Рис. 20.17. Пружинное крепление рельса, установленного на упругую прокладку.

1 – пружина; 2 – рельс; 3 – упругая прокладка; 4 – болт.

Упорыдля кранов устраивают в торцах здания на подкрановых балках для ограждения рабочей зоны крана. Для снижения силы удара об упор краны оборудуют концевыми выключателями, а на упоры устанавливают амортизаторы. Упор рассчитывают как консоль на условную силу удара, определяемую по ДБН В.1.2-2: 2006 "Нагрузки и воздействия".

20.4. Критерии усвоения

Критерии усвоения предусматривают в общем случае выделение трех уровней обучения: уровень понимания, уровень знания и уровень умения. Для данной темы необходимы все три уровня: уровень ПОНИМАНИЯ, уровень ЗНАНИЯ и уровень УМЕНИЯ.

Изучив тему Вы должны понимать

1. Когда какие виды подкрановых конструкций применять?

2. Почему верхний пояс подкрановой балки принимается больше нижнего?

3. Каково назначение тормозной конструкции?

4. Почему подкрановые конструкции должны рассчитываться на выносливость?

Знать

1. Какая расчетная схема принимается для расчета подкрановой балки сплошного сечения?

2. Какая расчетная схема принимается для расчета подкрановой и подкраново-подстропильной ферм?

3. Как устанавливается положение колес кранов для расчета подкрановой балки?

4. Как определяется максимальный изгибающий момент и максимальная поперечная сила в разрезной подкрановой балке?

5. Когда кроме общей выносливости необходимо проверять выносливость верхней зоны стенки?

6. На какую нагрузку проверяется жесткость (прогиб) подкрановой балки?

Уметь

1. Установить колеса крана для определения максимального изгибающего момента в разрезной подкрановой балке.

2. Определять максимальный изгибающий момент и соответствующую ему поперечную силу.

3. Определять максимальную поперечную силу.

4. Подбирать несимметричное сечение подкрановой балки.

5. Законструировать и рассчитать тормозную конструкцию.

6. Рассчитать на выносливость подкрановую конструкцию.

7. Проверить жесткость подкрановой балки.

20.5. Выход темы в другие дисциплины и разделы курса

Информация, которая получена при изучении этой темы, используется при изучении как следующих тем раздела «Металлических конструкций», так и всего курса «Строительные конструкции». А также для изучения дисциплин «Технология изготовления металлических конструкций», «Испытание сооружений», «Реконструкция, ремонт и усиление металлических и железобетонных конструкций», «Технология возведения зданий и сооружений», «Специальные методы проектирования металлических конструкций», «Основы теории расчетов и проектирования прогрессивных строительных конструкций в сложных условиях эксплуатации».

20.6. Контрольный тест для самопроверки

1. Какую проверку необходимо сделать при расчете на выносливость подкрановой балки при режиме работы кранов 4К÷6К?

А - ;

Б - и;

В -

2. Какую проверку необходимо сделать при расчете на выносливость подкрановой балки при режиме работы кранов 7К÷8К?

А - ;

Б - и;

В -

3. На какую крановую нагрузку проверяется выносливость при режиме работы кранов 4К÷6К?

А – нормативную от одного крана (эксплуатационную расчетную);

Б – 0,8 от эксплуатационной расчетной от одного крана;

В - от эксплуатационной расчетной от одного крана.

4. На какую крановую нагрузку проверяется выносливость при режиме работы кранов 7К÷8К?

А – нормативную от одного крана (эксплуатационную расчетную);

Б – от эксплуатационной расчетной от одного крана;

В - 0,6 от эксплуатационной расчетной от одного крана.

5. На какую нагрузку рассчитывается подкрановая балка на прочность и устойчивость в однопролетном здании при наличии трех и более кранов?

А – эксплуатационную расчетную (нормативную) от одного крана;

Б – предельную расчетную (расчетную) от одного крана;

В – предельную расчетную от двух сближенных кранов.

6. На какую нагрузку рассчитывается подкрановая балка на жесткость в однопролетном здании при наличии трех и более кранов?

А – эксплуатационную расчетную (нормативную) от одного крана;

Б – предельную расчетную (расчетную) от одного крана;

В – предельную расчетную от двух сближенных кранов.

7. На какую нагрузку рассчитывается подкрановая балка на выносливость в однопролетном здании при наличии трех и более кранов?

А – эксплуатационную расчетную от одного крана;

Б – цикличную расчетную от одного крана;

В – предельные расчетные от одного крана.

8. Когда оправдано применение легких подкрановых ферм?

А – при пролете 6м и грузоподъемности крана > 30т;

Б – при пролете 18 и более м и грузоподъемности кранов до 30т;

В – при пролете 24 и более м и грузоподъемности кранов ≥ 100т.

9. Когда оправдано применение подкраново-подстропильных ферм?

А – при пролетах 6 - 12 м и грузоподъемности кранов ≥ 100 т;

Б – при пролетах 12 – 18 м и грузоподъемности кранов ≥ 50 т;

В – при пролетах 24 – и более м и грузоподъемности кранов ≥ 100 т.

10. Для чего используется правило Винклера при расчете подкрановых балок?

А – для определения величины максимального изгибающего момента;

Б – для определения количества грузов на балке;

В – для определения расположения критического груза на балке при определении максимального изгибающего момента.

11. Поясные швы в подкрановых балках рассчитываются:

А – на сдвигающие силы от поперечной силы Q;

Б – на нормальные напряжения от местных сил V;

В – на геометрическую сумму сил от QиV.

12. Местная устойчивость стенки подкрановой балки проверяется:

А – на воздействие нормальных и местных напряжений;

Б – от касательных напряжений;

В – от совместного воздействия нормальных, местных и касательных напряжений.

13. Каким образом наиболее экономично можно обеспечить местную устойчивость стенки подкрановой балки при < 120?

А – постановкой поперечных ребер;

Б – увеличением толщины стенки;

В – постановкой поперечных и продольных ребер.

14. По какому параметру определяется обеспеченность местной устойчивости сжатого пояса подкрановой балки?

А – по отношению ;

Б – по отношению ;

В – по отношению .

15. На какие усилия рассчитываются крепления подкрановых балок к колонне?

А – на продольные горизонтальные;

Б – на поперечные горизонтальные;

В – на поперечные вертикальные.

16. От чего зависит когда необходимо принимать тормозную ферму?

А – от количества колес кранов размещающихся на подкрановой балке;

Б – от ширины тормозной конструкции;

В – от величины поперечных горизонтальных сил.

Ответы

1. А 6. А 11. В 16. Б

2. Б 7. Б 12. В

3. В 8. Б 13. А

4. Б 9. В 14. А

5. В 10. В 15. Б