1. Расчет сварной подкрановой балки

1.1. Задание

Запроектировать подкрановую балку пролетом под два крана грузоподъемностьюсреднего режима работы для основного цеха завода металлических конструкций.

Пролет здания . Шаг колонн.

Материал для конструкции – сталь С255 с характеристиками: при толщине материала,.

Данные по мостовому крану

Рисунок 1.1 – Схема расположения колес одного крана на подкрановой балке

Параметры мостового крана приведены в таб. 1.1.

Таблица 1.1
Грузоподъемная сила крюка,		Основные размеры ригеля,			Максимальная сила вертикального давления колеса,	Сила тяжести,
Главный	Вспомогательный	Пролет	Ширина	База		Тележки	Крана (с тележкой)
1000	200	24	6,3	5,1	315	120	520

Схема нагрузок от двух сближенных кранов на подкрановый путь.

Рисунок1.2 – Схема нагрузок от двух сближенных кранов

1.2. Сбор нагрузок

Расчетная вертикальная сила давления колеса

, где

- коэффициент надежности по нагрузке;

- коэффициент надежности по назначению; обычно

- коэффициент сочетаний; 2 крана среднего режима работы .

Тормозная сила тележки

, где

- грузоподъемная сила крюка крана, .

Сила поперечного торможения на одно колесо крана

, где

- число колес крана на одной стороне моста крана, при грузоподъемности крана

Расчетная сила поперечного торможения на одно колесо крана

1.3. Определение расчетных усилий

Определим положение равнодействующей от двух грузов на балке относительно крайнего левого груза

.

Рисунок 1.4

1.3. Определение расчетных усилий

Определим положение равнодействующей от двух грузов на балке относительно крайнего левого груза

.

Рисунок 1.4

Найдем значения по линии влияния в точках приложения сосредоточенной нагрузки от колес крановой тележки.

Расчетные моменты

, где

- для балок пролетом .

Схема размещения колес на подкрановой балке для определения и л.в.(см. рис. 1.5).

Рисунок 1.5

Ординаты л.в. :

Расчетные поперечные силы

1.4. Подбор сечения подкрановой балки

Определяем . С учетом ослабления верхнего пояса отверстиями для крепления рельса

, где

- коэффициент, учитывающий ослабление верхнего пояса отверстиями болтов и напряжение в нем от болтовых сил.

Определяем из условия требуемой жесткости при.

Для балки симметричного сечения имеем:

Определяем оптимальную высоту балки из условия наименьшего расхода стали:

В соответствии с положением по унификации принимаем предварительную высоту балки .

Требуемая толщина стенки из условия прочности на срез

.

Из условия местной устойчивости стенки без продольного ребра жесткости

Принимаем ;.

Предварительно принимаем стенку балки . Площадь стенки.

Определим требуемые площади всего сечения и поясов при коэффициенте асимметрии

Принимаем .

Проверяем местную устойчивость сжатого пояса

Местная устойчивость сжатого пояса обеспечена т.к. .

Тормозную балку конструируем из швеллера № 24 и листа рифленой стали .

Ширина листа тормозной балки определяем из выражения

, где

- привязка колонны; для зданий с мостовыми кранами грузоподъемностью,

- расстояние от оси подкрановой балки до разбивочной оси (1000 мм).

Определяем геометрические характеристики принятого сечения.

Момент инерции сечения балки брутто

Момент инерции отверстий в верхнем поясе 2  25

Рисунок 1.6. – Сечения подкрановой и тормозной балок

Момент инерции балки нетто

Момент сопротивления симметричного сечения

Определяем положение центра тяжести тормозной балки относительно оси подкрановой балки

.

Момент инерции сечения брутто относительно оси

Момент инерции площади ослабления

Момент инерции площадки сечения тормозной балки нетто

.

Момент сопротивления верхнего пояса балки

.

Статический момент полусечения (сдвигаемой части)

.

1.5. Проверка прочности по нормальным напряжениям в верхнем поясе

Недонапряжение составляет 17,8 %.

Проверка по нормальным напряжениям в нижнем поясе

Проверка по касательным напряжениям

.

Проверка по напряжениям местного смятия стенки от давления кранового колеса

, где

- коэффициент, учитывающий неравномерность давления колес и повышенную динамику под стыками рельсов;

(см. п.2.2);

- условная длина распределения давления колеса.

, где

- сумма моментов инерции верхнего пояса относительно их собственных осей.

.

Проверки показывают, что прочность принятого сечения обеспечена.

1.6. Проверка жесткости и устойчивости

Высота балки , поэтому проверку жесткости не делают, т.к. предусмотрена тормозная конструкция для восприятия боковых сил. (Обеспечена общая устойчивость).

1.7. Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Определяем условную гибкость стенки

т.е. устойчивость стенки нужно проверять.

При следует устанавливать основные поперечные ребра жесткости. Принимаем(кратно пролету). Размеры отсека стенки(см. рис. 1.8).

Принимаем подкрановую балку с двусторонними поясными швами и двусторонними основными поперечными ребрами жесткости.

Ширина ребра должна быть не менееи не менее.

.

Принимаем .

Толщина ребра .

Рисунок 1.7. – Схема балки, укрепленной поперечными ребрами жесткости

Проверяем устойчивость среднего отсека

Рисунок 1.8

Напряжения в среднем отсеке определяются при загружении по схеме определения .

Определяем усилия для наиболее напряженного участка отсека.

Опорные реакции

Изгибающие моменты

Поперечные силы

Определяем напряжения

(см. проверку прочности)

Определяем критические напряжения для отсека .

Соотношение размеров отсека

.

Соотношение .

Коэффициент защемления стенки

При и

, где

.

, где

, при .

, где

,

, - меньшая сторона отсека.

Проверяем устойчивость стенки балки

Устойчивость стенки при обеспечена.

1.8. Расчет опорного ребра

Для передачи опорного давления балки на колонну предусматриваем торцевую диафрагму с пристроганным нижним краем, называемую обычно опорным ребром.

Рисунок 1.10. – К расчету опорного ребра

Площадь строганного края опорного ребра определяется из условия прочности его на смятие, если

- расчетное сопротивление стали смятию.

По конструктивным требованиям ;.

Принимаем ;;.

Проверяем устойчивость опорной части из плоскости балки (относительно оси ), как стойки с шарнирно опертыми концами высотой.

В сечение опорной части включается

.

Момент инерции опорной части

Радиус инерции

.

Проверяем устойчивость опорной части балки по формуле

Устойчивость опорной части балки обеспечена.

1.9. Расчет поясных швов

Двусторонние поясные швы (см. рис. 1.11) при подвижной нагрузке рассчитываются по формулам

по металлу шва

по металлу границы сплавления

Сдвигающая сила на 1 пог. см. балки

, где

- статический момент брутто пояса относительно нейтральной оси

Сминающая сила на 1 пог. см. балки

Нормативные и расчетные сопротивления металла швов сварных соединений угловыми швами см. таб. 56.

Применяем для сварки электроды Э 42, Э 42А.

; ;

; (см.)

Назначаем поясные швы минимально возможной толщины. При сварке и.

;

Рисунок 1.11. – К расчету поясных швов.

1.10. Расчет подкрановой балки на выносливость при

, где

- коэффициент, учитывающий количество циклов нагружения

- расчетное сопротивление усталости (при временном сопротивлении стали до )

- расчетное сопротивление по временному сопротивлению стали,

- коэффициент надежности по временному сопротивлению.