Подкрановые к-ции. Состав под-крановых к-ций. Типы сечений под-крановых балок.

Подкрановые конструкции воспри-нимают воздействия от подъемно-транспортного оборудования. Основным видом такого обо­рудования являются мостовые опорные и подвесные краны.

Подкрановые конструкции под мостовые опорные краны (рис. 15.1) состоят из подкрановых балок или ферм 1, воспринимающих вертикаль­ные нагрузки от кранов; тормозных балок 2, воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия; связей 3, обеспечивающих жесткость и неизме-няемость подкрановых конструкций; узлов крепле­ния подкрановых конст-рукций, передающих крановые воздей-ствия на колонны; крановых рельсов 4 с элементами их крепления и упоров.

Рис. 15.1.

Основные несущие элементы подкра-новых конструкций — подкра­новые балки могут иметь различную конструк-тивную форму. Наиболее часто приме-няются сплошные подкрановые балки как разрезные (рис. 15.2, а),

Рис. 15.2, а.

так и неразрезные (рис. 15.2, б).

Рис. 15.2, б.

Разрезные подкрановые балки проще в монтаже, нечувствительны к осадке опор, однако имеют повышенный расход стали. Неразрёзные балки на 12—15 % экономичнее по расходу металла, ко более трудоемки при монтаже из-за устройства монтажных стыков. Кроме того, при осадке опор в них возникают дополнительные напря­жения. Упругую осадку опор можно оценить коэффициентом

где Δ— перемещения опоры от единичной силы (с учетом осадки фундамента); El — жесткость подкрановой балки; / — пролет балки.При с>0,05 неразрезные балки применять не рекомендуется. Не рекомендуется их применять также при просадочных грунтах.При легких кранах (Q<30 т) и больших шагах колонн целе-сообразны решетчатые подкрановые балки с жестким верхним поясом (рис. 15.2, в).

Рис. 15.2, в.

Их применение позволяет на 15—20 % снизить расход стали по сравнению с разрезными сплошными балками. К недостаткам решет­чатых балок относится повы-шенная трудоемкость изготовления и мон­тажа и более низкая долговечность при кранах тяжелого режима ра­боты. При больших пролетах (шаг колонн 24 м и более) и кранах боль­шой грузоподъемности применяются подкраново-подстро-пильные фер­мы, объединяющие в себе подкрановую балку и подстропильную фер­му (рис. 15.2, г).

Экономичность таких конструкций возрастает с уве­личением шага колонн и составляет 4—6 % при шаге колонн 24 м и 12—16 % при шаге 36 м. Однако такие фермы сложны в изготовлении и монтаже.

При большом шаге колонн возможно также применение подкрано­вых балок или ферм с ездой понизу (рис. 15.2, д).

Крутящий момент, возникающий от внецентренной передачи нагрузки, воспринимается до­полнительными горизонтальными фермами. На подкрановую конструк­цию могут опираться стропильные фермы, но ездовая балка не включается в состав нижнего пояса.

Подвесные краны (кран-балки) имеют, как правило, небольшую грузоподъем-ность и перемещаются по путям, при-крепляемым к конструкциям покрытия или перекрытия. Применяются двух-, трех- имногоопорные краны. Катки крана перемещаются непосредственно по ниж-ним поясам балок путей (рис. 15.3, г).

Рис. 15.3, г.

Основным видом путей яв­ляются про-катные или составные балки, уста-навливаемые по разрезной или нераз-резной схеме.

Рис. 15.4. Типы путей подвесных кранов

а — прокатный двутавр; б — составной двутавр с ездовой полкой нз тавра, в — составной двутавр с ездовой полкой из износостойкого тавра

При пролете путей 12 м возможно применение перфорированных балок.(рис.15.4 г)

Рис.15.4 г.

Для ремонта оборудования и для вспомогательных опера­ций здания обо-рудуются тель­ферами, перемещаю-щимися по монорельсовым путям из про­катных двутавров. При необходимости обслу­живания узких зон помеще­ния вдоль колонн в зданиях устанавливают

подвижные консольные краны. Для пере­мещения консольных кранов устанав-ливают три^- балки: од­ну— для восприятия верти­кальной нагрузки, две—гори­зонтальной (рис. 15.5).

Рис. 15.5.

Типы сечения подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и режима работы кранов. При пролете 6 м и кранах грузоподъемностью до 50 т обычного режима работы применяют прокатные двутавры, уси­ленные для восприятия горизонтальных сил листом или уголками (рис. 15.7, а)

либо сварные двутавры несимметричного сечения (рис. 15.7,б).

Для больших пролетов и грузоподъем-ностей кранов применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией (рис. 15.7, в).

При кранах грузоподъемностью до 50 т рациональны бал­ки составного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой-вставкой (рис. 15.7, г).

Для снижения расхода стали сварные балки иногда проектируют из двух марок стали: стенку — из малоуглеродистой, пояса — из низколе­гированной

Иногда для снижения уровня местных напряжений в стен­ке, возникающих от внецентренного приложения крановой нагрузки (см. рис. 15.13), целесообразно увеличить крутильную жесткость верхнего

пояса путем постановки вертикальных или наклонных элементов (рис. 15.7,д) или использовать двустенчатые сечения (рис. 15.7, е).

Применение под краны особого режима работы балок из широ­кополочных тавров (рис. 15.7, г) также позволяет повысить их долговеч­ность, поскольку в этом случае сварной шов, являющийся концентрато­ром напряжений и источником остаточных сварочных напряжений, пе­реносится в менее напряженную зону стенки.

Рис. 15.7, г.

Клепаные балки тяжелее сварных и более трудоемки в изготовле­нии. Од-нако такие балки более долговечны.

При больших пролетах балок и для кранов грузоподъемностью 50 т и больше устраивают специальные тор-мозные конструкции — тормозные бал-ки или фермы. Фермы экономичнее по расходу стали, но сложнее в изготовлении и монтаже, поэтому при ширине тормозных конструкций до 1,25 м обычно применяются тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 6—8 мм (рис. 15.8, а).

Применяются также тормозные балки, выполненные из гнутого листа (рис. 15.8,б).

Для крайних рядов поя­сами тормозной балки являются верхний пояс подкра-новой балки и окай­мляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. Для того чтобы го­ризонтальные смещения балок не передавались на стену зда-ния, это крепление выполняется с помо-щью листового шарнира (рис. 15.8, а). По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса ба­лок смежных пролетов (рис. 15.8, г, д).

Листы тормозных балок приваривают к поясам сплошным швом с подваркой с нижней стороны. Для обеспечения мес-тной устойчивости и предотвращения случайных погибов тормозные листы снизу укрепля­ют ребрами жесткости сечением не менее 65x6; шаг ребер 1,5—2 м. При ширине тормозных кон-струкций свыше 1,25 м целесообразно применение тормозных ферм с треуголь-ной решеткой и дополнительными стойками (рис. 15.9, а, б).

Для обеспечения большей компак-тности уз­лов допускается центриро-вать элементы решетки на кромку пояса балки.

В зданиях с кранами особого режима работы независимо от ширины тормозных конструкций обычно применяют тормозные балки, используе­мые как площадки для про-хода и обслуживания путей и кранов. Чтобы избежать чрезмерных коле-баний нижних поясов подкрановых балок, их свободная длина не должна превышать 12 м. Для этого между ниж-ни­ми поясами балки и вспомогатель-ной фермы устанавливают легкие свя-зевые фермы, все элементы которых подбирают по предельной гибкости

[λ] =200 (рис. 15.9, в).

При кранах особого режима работы гибкость поясов должна быть не более 150.

46. Расчет подкрановых балок. На-грузки, действующие на подкра-новые к-ции. Определение расчет-ных усилий.Нагрузки от крана пере-даются на подкрановую конструкцию через колеса крана, расположенные на концевой балке кранового мо­ста. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста могут быть два, четыре катка и более (рис. 15.6, а, б).

Подкрановые конструкции рассчиты-вают, как правило, на нагрузки ог двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности (рис. 15.6, в)

с тележками, приближенными к одному из рядов колонн, т. е.в положении, при котором на подкрановые конструкции действуют наи­большие вертикальные силы. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.

Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сил определя­ют по формулам

где k — коэффициент динамичности, принимаемый в зависимости от режима работы крана и пролета подкрановых балок; п=1,1 — коэффициент надеж-ности по нагрузке (коэффициент перегрузки);n_c — коэффициент сочетания); F_к^н — максимальное усилие на катке крана .

При расчете подкрановых конструкций под краны тяжелого и весьма тяжелого режимов работы учитывается горизон-тальная нагрузка, вы­зываемая пере-косом крана, поэтому силу T_K^н определяют по формуле T_K^н =0,1 F_к^н.

При расчете подкрановых конструкций на выносливость расчетную вертикаль-ную нагрузку определяют умножением нормативной нагрузки F_к^н на коэффи-циенты: при кранах среднего режима работы — 0,6; при кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов — 0,8. Расчет выполняют на нагрузку от одного крана.

Проверку жесткости подкрановых балок также выполняют на на­грузку от одного крана с коэффициентом пере-грузки п = 1,0 и без учета коэффициен-та динамичности.

Собственный вес подкрановых конструк-ций принимают по спра­вочным данным. Допускается учи­тывать влияние собственного ве­са подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозных балках умножением расчетных усилий от вертикальной крано­вой нагрузки на коэффициент α

равный: для балок пролетом 6 м—1,03; 12 м—1,05; 18 м — 1,08.

Расчет подкрановых балок

Подвижная нагрузка, вызывающая большие местные на­пряжения под катками крана, воздействие не только вертикальных, но и горизонтальных боковых сил, динамичность нагрузки и многократность ее приложения приво-дят к ряду особенностей расчета покрановых балок.Расчетные усилия (наибольшие изгибающие моменты и поперечные силы) в подкрановых балках находят от нагрузки двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности.Так как нагрузка подвижная, то сна-чала нужно найти такое поло­жение ее, при котором расчетные усилия в балке будут наибольшими.Наибольший изгибающий момент в разрезной балке от заданной си­стемы сил возникает, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равно удалены от середины пролета балки (рис. 15.10, а);

при этом наибольший изгибающий момент М_тах будет находиться под силой, ближайшей к середине пролета балки (пра­вило Винклера).

Поскольку сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение М_тах можно определить, пользуясь линией влияния момента в середине пролета.Наибольшая поперечная сила Q_max в разрезной балке будет при та­ком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре (рис. 15.10,б).

Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы от верти-кальной нагрузки определяют по формулам

Расчетный изгибающий момент М_у и поперечную силу Q_y от гори­зонтальной поперечной нагрузки находят при том же положении кранов. Поэтому при кранах одинаковой грузоподъемности М_у и Q_y можно определить из соотношения горизонтальных T_к и вертикальных F_ксил от колеса

47. Подбор сечения подкрановой балки. Проверка прочности подкра-новой балки. Из условия общей прочности определяют требуе­мый момент сопротивления. Влияние горизонтальных поперечных на­грузок на напряжение в верхнем поясе подкрановых балок можно учесть коэффициентом βи представить в виде

Значение коэффициента βопределим из выражения

Ширину сечения тормозной конструкции h_т при компоновке рамы принимают hт=h_H - высоту балки h_б задают в пределах (1/6...1/10)l

Определяем требуемый момент сопротивления W_xтр=M_xβ/yR.

При определении минимальной высоты необходимо учесть, что же­сткость подкрановых балок прове-ряется на нагрузку от одного крана, поэтому предварительно находим максимальный момент от загружения балки одним краном M_н при коэффициенте перегрузки n=1,0.

Из условия полного использования материала балки при загруже-нии расчетной нагрузкой h_тр определим по формуле

где [f/l] — максимальный регламенти-руемый нормами прогиб подкрано-вых конст­рукций.

Окончательно высоту балки принимаем с учетом ширины листов или в целях унификации конструк­ций— кратной 100 мм . Определив требуемую площадь пол­ки назначаем ее размеры из условий местной устойчивости при упругой работе и возможности размещения рельса с креп-лениями.

Проверка прочности подкрановых балок. Под действием вертикаль­ных и горизонтальных крановых нагрузок подкрановая балка и тор­мозная конструкция работают как единый тонкостенный стержень на ко­сой изгиб с кручением (рис. 15.11, а)

Нормальные напряжения в та­кой балке можно определить по формуле

где М_Х0, M_y0 —изгибающие моменты относительно главных осей инерции х₀— х₀ и у_о— у_о В — бимомент;

I_ω — моменты инерции относительно главных осей;

Так как линия действия усилий проходит вблизи центра изгиба, влияние кручения невелико, поэтому при расчете балок используется приближенный подход. Условно принимается, что вертикальная нагруз­ка воспринимается только сечением подкрановой балки (без учета тор­мозной конструкции), а горизонтальная — только тормозной балкой,в состав сечения которой входят верхний пояс подкрановой балки, тор­мозной лист и окаймляющий его элемент (или верхний пояс смежной подкрановой балки). Таким образом, верхний пояс балки работает как на вертикальную, так и на горизонтальную нагрузку, и максимальные напряжения в точке А (рис. 15.11,6) можно определить по формуле

соответственно в нижнем поясе

Здесь —момент сопротивления верхнего пояса; —то же, ниж-него пояса, — момент сопротивления тормозной балки для крайней точки верхнего пояса (точка А), при отсутствии тормозных конструкций — момент сопротивления верх­него пояса относительно вертикальной оси.

Если тормозная конструкция выполнена в виде фермы, то верхний пояс балки помимо напряжения от изгиба в вертикальной плоскости воспринимает осевое усилие N_x=M_y /h_T (h_T — высота тормозной фер­мы) от работы его в составе фермы и местный момент М_му —0,9 Т_кd/4 (а — расстояние между узлами тормозной фермы, см. рис. 15.9) от вне-узлового приложения силы Т_к (коэффициент 0,9 учитывает неразрез-ность пояса в узлах).

Устойчивость верхнего пояса из плоскости балки можно проверить пo приближенной формуле

Здесь — момент сопротивления балки; — момент сопротивления пояса отно­сительно вертикальной оси; А_п — площадь сечения пояса. Все геометрические характе­ристики прини-мают без учета ослабления сечения. Значение коэффициента φ определя-ется по гибкости верхнего пояса отно-сительно вертикальной оси балки при расчет­ной длине пояса, равной d.

Если сечение пояса сильно ослаблено отверстиями, то решающей будет про-верка прочности, выполняемая по фор-муле (15.8), но при φ=1 и геометрическ-их характеристиках нетто.

Касательные напряжения в стенке подкрановых балок определяют так же, как и в обычных балках, но без учета пластических деформа­ций [см. форму-лу (7.13)].

Действующая на балку сосредоточе-нная нагрузка от колеса крана рас-пределяется рельсом и поясом на неко-торый участок стенки, и в ней возникают местные нормальные напряжения σ_му (рис. 15.12). Действи­тельная эпюра распределения этих напряжений (пун-ктирная линия) заменяется равновели-кой (сплошная линия) из условия раве-нства их максимальных значений. Про-чность стенки на действие максималь-ных местных напряжений проверяют по формуле

Здесь F_K — расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности; γ_f— коэф­фициент увеличения нагрузки на колесе, учитывающий возможное пе-рераспределение усилий между колеса-ми и динамический характер нагрузки, принимается равным: 1,6 — при кранах с жестким подвесом груза, 1,4 — прн кранах особого режима рабо­ты с гибким подвесом груза, 1,1—при прочих кранах; t_CT -толщина стенки; /₀ — условная (рас-четная) длина распределения усилия F_K, зависит от жесткости пояса, рельса и сопряжения пояса со стенкой и опре-деляется по формуле

где с — коэффициент, учитывающий степень по­датливости сопряжения пояса и стенки, для свар­ных балок с=3,25, клепаных — 3,75; I_n1 — сумма собстве-нных моментов инерции пояса и крано-во­го рельса или общий момент инерции в случае приварки рельса швами, обе-спечивающими сов­местную работу ре-льса и пояса.Стенку подкрановой балки следует проверить также на совместное действие нормальных, касательных и местных на­пряжений на уровне верхних поясных швов по формуле

где β — коэффициент, равный 1,15 при расчете разрезных балок и 1,3 — при расчете оеченнй на опорах неразрезных балок. Как отмечалось в § 1, внецентре-нное расположение рельса на балке, а также воздействие горизонтальной поперечной силы, приложенной к головке рельса, приводит к возникно-вению местного крутящего момента М_Кр, приложенного к верхнему поясу балки и вызывающего дополни­тельные напряжения от изгиба в стенке σ_иу:

(рис. 15.13)

где — сумма собственных моментов инерции кручения рельса и пояса.

Моменты инерции кручения крановых рельсов принимаются равны­ми:

где е — условный эксцентриситет рельса, принимаемый равным 15 мм; h_p — высота рельса; коэффициент 0,75 учитывает большую длину расп-ределения крутящего момен­та от силы Т_к по длине балки, чем от силы F_K . Помимо напряжений σ_x=(M_x/I_x)y; от общего изгиба балки и σ_МУ и σ_ИУ в стенке балки возникают дополнительные компоненты напря-женного состояния:σ_МХ=0,25 σ_МУ — напряжения от распорного воздейст-вия сосредоточенной силы под коле-сом крана; - местные касательные напряжения от сосредо-точенного усилия; -местные касательные напряжения от изгиба стенки

При проверке прочности стенок подкр-ановых балок под краны особого режи-ма работы (при числе циклов нагруже-ния 2*10⁶ и более) следует учитывать все компо­ненты напряженного состо-яния и проводить расчет по формулам:

Где σ_x,o, σ_y,o, — суммарные напряжения.