Расчет давления подкрановых балок

Введение

Электрические мостовые краны широко применяются в одноэтажных промышленных зданиях, так как они обеспечивают наиболее быстрое перемещение грузов вдоль и поперек пролетов цеха.

В зависимости от характера работы они могут быть легкого, среднего, тяжелого и весьма тяжелого режима работы.

Мостовые краны перемещаются вдоль цеха по подкрановым рельсам, уложенным по подкрановым балкам. Подача грузов поперек пролета обеспечивается перемещением тележки вдоль мостового крана.

Обеспеченность работы подкрановых балок состоит в том, что они воспринимают одновременно вертикальные нагрузки от силы тяжести крана, поднимаемого грузы, горизонтальные нагрузки от торможения тележки и самого мостового крана.

Эти нагрузки подвижные, динамические передаются на подкрановый путь через колеса крана. Большие сосредоточенные силы давления приложены к вертикальным поясам и вызывают в стенке балки и поясных швах дополнительные напряжения местного сжатия.

Расчет фермы

Сбор нагрузок

Постоянные нагрузки на 1 м2 от массы конструкций покрытия приведены в таб.

Таблица Сбор нагрузок

№	Вид нагрузки	Нормативная нагрузка,	Коэффициент надежности по нагрузке,	Расчетная нагрузка,
1.	Защитный слой 15 мм из гравия, втопленного в мастику	0,3	1,3	0,39
2.	Водоизоляционный ковер из трех слоев рубероида	0,1	1,3	0,13
3.	Утеплитель 100 мм из плитного пенопласта ()	0,05	1,2	0,06
4.	Пароизоляция из одного слоя рубероида	0,05	1,2	0,06
5.	Стальной профилированный настил	0,155	1,05	0,16
6.	Стальной каркас комплексной панели	0,13	1,05	0,14
7.	Стропильные фермы со связями	0,2	1,05	0,21
Итого общая нагрузка	0,985		1,15

Определение усилий в элементах фермы

Узловая нагрузка от веса конструкций покрытия

Временная узловая нагрузка от массы снегового покрова .

т.к.

Узловая нагрузка

Результаты расчета сводим в таблицу.

Таблица Усилия в элементах фермы

Элемент фермы	Обозначение стержней	Усилия от предельных загружений	Расчетные усилия
		Постоянная нагрузка	Снеговая нагрузка	Растяжение	Сжатие
Верхний пояс	В1	-	-	-	-
	В2	-157,32	-287,28		-444,60
	В3	-157,32	-287,28		-444,60
	В4	-235,36	-429,79		-665,15
	В5	-235,36	-429,79		-665,15
Нижний пояс	Н1	85,49	156,11	241,61
	Н2	207,00	378,00	585,00
	Н3	242,19	442,26	684,45
Раскосы	Р1	-126,89	-231,71		-358,61
	Р2	100,81	184,09	284,90
	Р3	-70,38	-128,52		-198,90
	Р4	39,95	72,95	112,91
	Р5	-10,35	-18,90		-29,25
Стойки	С1	-20,70	-37,80		-58,50
	С2	-20,70	-37,80		-58,50

Определение расчетных длин стержней фермы

Расчетные длины стержней назначаем согласно указаниям СНиП «Стальные конструкции».

Подбор сечений элементов

Подбор сечений верхнего пояса фермы

Подбор сечений в панели В1, В2, В3 ()

Конструктивно принимаем сечение , , .

Проверка

(см, прил, IV, таб, 1 [3])

Подбор сечений в панели В4, В5 ()

По сортаменту принимаем сечение , , .

Проверка

(см, прил, IV, таб, 1 [3])

Подбор сечений нижнего пояса фермы

Подбор сечений в панели Н1 ()

Конструктивно принимаем сечение , , .

Проверка

Подбор сечений в панели Н2, Н3 ()

По сортаменту принимаем сечение , , .

Проверка

Подбор сечения опорного раскоса

()

По сортаменту принимаем сечение , , ,

Проверка

(см, прил, IV, таб, 1 [3])

Подбор сечения в первой стойке С1 со сплющенным концом

()

Задаемся сечением стойки

, принимаем .

, .

Проверка

(см, прил, IV, таб, 1 [3])

Расчет узлов фермы

Стержни раскосов решетки из круглых труб прикрепляют непосредственно к поясам впритык сварными швами с проверкой их несущей способности (– усилие в раскосе). Стойки, имеющие сплющенные концы, прикрепляют к поясам угловыми швами.

Промежуточный узел фермы

Промежуточный узел фермы с заводским стыком верхнего пояса

Материалы фермы

Пояса – сталь С345, элементы решетки и опорный раскос – сталь С245.

Сварочная проволока – Св 08 А.

Расчетные характеристики

угловых швов – ,

опорного фланца – .

Сварка полуавтоматическая – .

Прочность шва, прикрепляющего раскос Р3 без разделки кромок к верхнему поясу по приближенной формуле равна:

, где

– коэффициент условий работы шва;

– принимаем равным толщине стенки раскоса.

, где

– определяем по табл. 13 [5].

Прочность шва обеспечена.

Прочность шва, прикрепляющего раскос Р4 к верхнему поясу, равна:

Прочность шва обеспечена.

Заводской стык верхнего пояса выполняют стыковым швом с применением подкладного кольца. Расчет шва не производится так как он работает на сжатие.

Укрупнительный стык нижнего пояса фермы на монтажной сварке

Стык осуществляется с помощью парных накладок, Толщину накладки принимают , число лепестков – , размер лепестка – .

Длина сварного шва, соединяющего накладки с нижним поясом равна:

Несущая способность шва:

где – ручная сварка.

Рис. Стык нижнего пояса

Монтажный стык верхнего пояса

Монтажный стык верхнего пояса осуществляется с помощью фланцев на болтах, Торцы труб перед установкой фрезеруют. Соединительные угловые швы назначают минимальной толщины. Расчет стыка не производят.

Рис. Монтажный стык верхнего пояса

Рис. К расчету опорного ребра

Опорная реакция воспринимается опорным фланцем. Проверка опорного фланца на смятие

Расчёт подкрановой балки

Исходные данные

Длина пролёта L=24 м

Шаг колонн l=6 м

Грузоподъёмность крана Q=1000/200

Материал конструкции – сталь ВСт 3 Гпс5–1

Ry=230 Мпа

Габариты крана приведены в таблице.

Таблица – Ведомость габаритов крана

грузоподъёмность

Основные размеры. м.

мах. сила вертик. давл.

Сила тяжести

главного

крюка

вспом.

крюка

пролёт

Lк

ширина

В2

база

Fк, кН

тележки

крана

1000

200

28,5

9,35

4,6

450

410

1450

Рис. Схема нагрузок от двух сближенных кранов

Определение нагрузок

Расчётная вертикальная сила давления на колеса

γf – коэффициент надёжности по нагрузке

γn – коэффициент надёжности по назначению

kd – коэффициент динамичности зависящий от режима работы крана

nc – коэффициент сочетания

Расчётная тормозная сила от одного колеса

Определение расчётных усилий

Расчётные моменты:

α – коэффициент учитывающий собственную массу и нагрузку на тормозных площадках

Расчётные поперечные силы:

Подбор сечения подкрановой балки

Определяем Wх.тр, с учётом ослабления верхнего пояса отверстиями для крепления рельса

Определяем hmin из условия требуемой жёсткости и hopt с γf=1,1

Принимаем h=90 см

hw=900 – 40=860 мм

Требуемая толщина стенки из условия прочности на срез:

Требуемая толщина стенки из условия обеспечения местной устойчивости:

Е=2,06∙105 МПа – модуль упругости стали

Принимаем из условия прочности tw= 8 мм

Принимаем предварительно стенку балки 860х8

Аw=86∙0,8=68,8 см2

Определяем требуемую площадь сечения поясов

Учитывая воздействие боковых сил сечения поясов, принимаем несколько большую площадь. По конструктивным требованиям bfв>400 – из условия крепления кранового рельса накладками.

Принимаем bf = 420 мм и tf = 16 мм. Тогда Аfв=Аfн=67,2 см2

Проверка местной устойчивости стенки сжатого пояса

→местная устойчивость сжатого пояса обеспечена

Тормозную балку конструируем из [ 24 и листа стали tтб=6 мм и bтб=1250 мм

Рис. Сечение подкрановой и тормозной балок

b=(b0+λ) – (Δ 1 +Δ 2 +bf/2)+Δ3=(500+1000) – (50+20+210)+30=1250 мм

Определяем геометрические размеры принятого сечения

Момент инерции сечения балки нетто (с отверстиями в верхнем сжатом поясе 2d2,5

Момент сопротивления симметричного сечения

Определяем положение центра тяжести тормозной балки относительно оси подкрановой балки:

Момент инерции сечения тормозной балки нетто относительно оси

Момент сопротивления правой грани верхнего пояса балки

Статический момент полусечения

Проверка прочности

По нормальным напряжениям в нижнем поясе

По касательным напряжениям

По напряжениям местного смятия стенки

Исходя из результатов проверок прочность принятого сечения обеспечена.

Проверка жёсткости и устойчивости

Определяем прогиб балки

Жёсткость подобранного сечения обеспечена.

Общая устойчивость подкрановой балки обеспечена тормозной конструкцией и не проверяется.

Проверка местной устойчивости стенки подкрановой балки

Определяем условную гибкость стенки

устойчивость стенки нужно проверять

а – расстояние между рёбрами жёсткости

Принимаем а=1,5 м (кратно l=6 м)

Размеры отсека стенки

Принимаем подкрановую балку с двухсторонними поясными швами и двухсторонними основными поперечными рёбрами жёсткости

Принимаем

Толщина ребра равна:

Принимаем

Проверяем устойчивость крайнего и среднего отсеков.

Проверка устойчивости среднего отсека

Изгибающие моменты

Рис. К проверке среднего отсека

Поперечные силы

Определяем напряжения

Определяем критические напряжения для отсека 1,5х 0,868

Соотношение размеров отсека

Соотношение

Коэффициент защемления стенки равен:

Устойчивость стенки проверяем по формуле

Устойчивость стенки при действии максимальных напряжений обеспечена

Проверка устойчивости крайнего отсека

Рис. К проверке устойчивости крайнего отсека

Изгибающие моменты

Поперечная сила

Определяем напряжения

Устойчивость стенки проверяем по формуле

Устойчивость стенки при действии максимальных напряжений обеспечена

Расчёт опорного ребра

Для передачи опорного давления балки на колонну устанавливают торцевую диафрагму с фрезерованным торцом. Площадь строганного края опорного ребра определяют из условия смятия.

, где