3.2 Определение нагрузок на подкрановую балку

Определяем поперечные горизонтальные усилия на колесе крана по формуле /2/, для групп режимов работы кранов 1К-4К:

(3.1)

где n₀ – число колес с одной стороны крана;

G_T – вес тележки крана

кН

кН

Расчетные значения вертикальных и горизонтальных усилий на колесе крана определяем по формулам /2/

; ;(3.2)

; .

где γ_n - коэффициент надежности по назначению; устанавливается в зависимости от класса ответственности здания /1/, (табл. 4, прил.); принимаем γ_n = 0,95;

γ_f- коэффициент надежности по нагрузке; для крановых нагрузок принимаем равным 1,1 /3/;

ψ - коэффициент сочетания нагрузок /3/, (табл. 5, прил.); принимаем ψ = 0,85;

k₁ и k₂ - коэффициенты динамичности, учитывающие ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов и принимаемый в зависимости от группы режимов работы крана и длины подкрановой балки /3/, (табл. 6, прил.); принимаем k₁ = 1,0 и k₂ = 1,0.

F_k1 = 0,951,10,851,0528 = 469 кН,

F_k2 = 0,951,10,851,0567 = 4503,64 кН,

T_k1 = 0,951,10,851,020,09 = 17,84 кН

T_k2 = 0,951,10,851,020,09= 17,84 кН.

3.3 Определение расчетных усилий

Устанавливаем два сближенных крана на подкрановой балке в невыгоднейшее положение. Наибольший изгибающий момент M_max в разрезной балке от системы сил будет тогда, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равноудалены от середины балки. Наибольший изгибающий момент будет под силой (называемой критической), ближайшей к середине балки. Т.к. сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение M_max можно определить, пользуясь линией влияния момента в середине пролета. Погрешность составляет ≈ 2 %.

Наибольшая поперечная сила Q_max будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре (рисунок 3.2).

(3.3)

Расстояние до критической силы

с = x₀ – x₃ =7050-7000=50мм (3.4)

Расстояние от левой опоры

l₁=L₁/2 -c/2 =12000/2-50/2=5975 мм; l₂ = 5000мм (3.5)

где L₁ – шаг колонн.

Расчетный момент от вертикальной нагрузки определяем по формуле /2/

(3.6)

где  - коэффициент, учитывающий влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке /2/; для балок пролетом 12 м –  = 1,05;

y_i - ординаты линии влияния;

Расчетный момент от горизонтальной нагрузки /2/

(3.7)

Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил определяем по формулам /2/

(3.8)

Рисунок 3.2 – Расположение кранов и соответствующие им линии влияния

3.4 Подбор сечения подкрановой балки

Подбор сечения подкрановой балки выполняем в том же порядке, что и для обычных балок. Из условия общей прочности определяется требуемый момент сопротивления по формуле/2/:

(3.9)

где  - коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановых балок; определяем по формуле /2/

(3.10)

где h - высота балки; предварительно определяем по формуле /2/

h = 1/10хL₁ (3.11)

h = 1/10х12 = 1,2 м;

h_t - ширина сечения тормозной конструкции; предварительно принимаем (- ширина нижней части колонны); в нашем случае h_н = h_t =1,5 м;

см³

Оптимальную высоту балки определим по формуле К.К Муханова /2/

(3.12)

где k - коэффициент, зависящий от конструктивного оформления балки – конструктивных коэффициентов поясов и стенки; рекомендуется принимать для сварных балок k =1.2 – 1.15; для клепанных – k =1.25 – 1.2; принимаем k = 1.15;

t_w - толщина стенки балки; для балок высотой 1 - 2 м рациональное значение толщины стенки можно определить по эмпирической формуле /2/

(3.13)

мм; принимаем t_w = 12 мм

Проверяем принятую толщину стенки из условия работы стенки на касательные напряжения на опоре по формуле /2/

(3.14)

где R_s - расчетное сопротивление материала стенки балки на сдвиг; можно определить по формуле /2/

(3.15)

где R_yn = 260 МПа - нормативное сопротивление материала стенки балки (табл.3 прил.);

_m - коэффициент надежности по материалу /1/; для сталей по ГОСТ 27772-88 _m =1,025;

МПа;

см; принимаем t_w = 16 мм

Минимальную высоту балки определяем из условия полного использования материала балки при загружении расчетной нагрузкой /2/

(3.16)

где _c - коэффициент условий работы; для подкрановых конструкций _c = 1,0;

Е - модуль упругости второго рода ; для стали Е = 2,0610⁵ МПа;

- предельный прогиб подкрановой балки ; принимается в зависимости от группы режимов работы кранов /1/; принимаем =400;

M_n - момент от загружения балки одним краном (определяется по линии влияния);

(3.17)

принимаем h = 120 см

Для определения размеров поясных листов по формулам /2/ вычисляем требуемый момент инерции сечения балки:

(3.18)

см⁴

и момент инерции сечения стенки балки

(3.19)

где h_w - высота стенки балки; определяем по формуле

(3.20)

где t_f - толщина поясного листа; рекомендуется принимать толщину горизонтального листа сварной балки не более 30 мм; так как толстые листы имеют пониженные расчетные сопротивления /2/; принимаем t_f = 30 мм;

см⁴

Требуемая площадь сечения поясов балки

(3.21)

где I_f - момент инерции, приходящийся на поясные листы;

см²

, см

Принимаем сечение пояса .

Устанавливаем размеры поясов балки и проверяется ширину (свес) поясов балки, исходя из местной устойчивости (для сечений, работающих упруго) по формуле /1/

(3.22)

где b_ef - ширина (свес) пояса;

(3.23)

см

, условие выполняется, значит, устойчивость пояса обеспечена. По полученным размерам принимаем сечение подкрановой балки и проектируем сечение тормозной.

В состав тормозной балки входят: швеллер, горизонтальный лист из рифленой стали (обычно толщиной 6 - 8 мм /1/) и верхний пояс подкрановой балки. Поддерживающий швеллер опирается либо на стойку фахверка, либо на подкосы, прикрепленные к ребрам балки.

Принятые обозначения на рисунке 3.3:

z₀ - расстояние до центра тяжести сечения швеллера; принимаем швеллер №40 /4/; в нашем случае z₀ = 2,75 см;

t_t1 - толщина тормозного листа; принимаем t_tl = 8 мм;

b - ширина полки тормозного швеллера; b = 115 мм;

d₁ - величина напуска тормозного листа на верхний пояс балки и полку тормозного швеллера /2/; принимаем d₁ = 50 мм;

d₂ - расстояние от края колонны до швеллера; принимаем d₂ = 50 мм;

l_tl - длина тормозного листа;

Рисунок 3.3 – Конструкция тормозной балки

(3.24)

x₁ - расстояние до центра тяжести тормозного листа;

(3.25)

x₂ - расстояние до центра тяжести сечения швеллера;

x₂=h_H– ₂–z₀ (3.26)

x₂=150–5–2,75=142,25 см;

x₀ - расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения;

(3.27)

см;

где А_шв и А_f - соответственно, площади сечения тормозного швеллера и подкрановой балки.