|
|
 |
 |
 |
 |
Для мостовых кранов применяют специальные крановые рельсы КР с усиленной шейкой и развитой подошвой (см. табл. П.3.4).
Требуемый тип кранового рельса указывается в стандартах или каталогах на краны. Для кранов общего назначения грузоподъемностью до 20 т включительно допускается применять железнодорожные рельсы Р-38 (для кранов грузоподъемностью 5...10 т) и Р-43. Иногда в качестве кранового рельса применяют квадратную сталь.
Конструктивное решение крепления рельсов к подкрановым балкам зависит от типа рельсов (рис. 2.71). Крепление должно обеспечивать рихтовку рельса в пределах 20...30 мм, так как в процессе эксплуатации происходит смещение рельса. Поэтому приваривать рельс к поясу подкрановой балки не рекомендуется.
Железнодорожные рельсы крепят к верхнему поясу балки на крючьях (рис. 2.71, б). Ширина пояса балки для размещения рельса и крючьев должна быть не менее 220 мм. Для крановых рельсов применяют в основном крепления на двухболтовых прижимных планках (рис. 2.71, а). Ширина пояса должна быть достаточна для размещения планок и крепления тормозного листа.
В зданиях с кранами особого режима работы рекомендуется применять только специальные крановые рельсы КР. В железнодорожных рельсах у мест ослабления шейки отверстиями часто возникают трещины; кроме того, отверстия для крючьев в тормозном листе являются концентраторами напряжения и около них также развиваются трещины. Квадратный рельс менее жесткий, чем КР, а пристрожка пазов для его крепления весьма трудоемка. Между рельсом и поясом балки целесообразно устанавливать упругие прокладки из низкомодульного материала. Прокладки
184
Рис. 2.71. Крепление рельсов к подкрановой балке:а - типа КР; б - железнодорожных; в, г - квадратных; 1 - пружинная шайба; 2 - болт
улучшают условия контакта рельса и пояса, сглаживают и уменьшают напряжения под колесом крана, ликвидируют пики местных напряжений у контактирующих неровностей рельса и пояса, уменьшают динамическое воздействие крана. При кранах небольшой грузоподъемности Q ≤ 20 т прокладки делают из прорезиненной ленты, при большой грузоподъемности - металлорезиновыми.
В торцах здания на подкрановых балках устанавливают упоры для ограничения рабочей зоны кранов. Для снижения силы удара об упор краны оборудуют концевыми выключателями, а на упоры устанавливают амортизаторы. Упор рассчитывают как консоль на условную силу удара, определяемую в соответствии с нормами [6].
185
Рис. 2.72. К примеру 2.15
Пример 2.15. Подобрать сечение подкрановой балки под два крана грузоподъемностью 10 т, режима работы 5К. Пролет кранов - 16,5 м. Шаг колонн - 6 м. Материал - сталь С245. Сечение балки принять из прокатного двутавра. Коэффициент надежности по назначению γn = 1,0.
Нагрузки на подкрановую балку по табл. П3.3: нормативное давление на колесе крана Fkn = 85 кН, масса крана - 13,0 т, масса тележки - 2,4 т, крановые рельсы Р43 или КР70, схема крана приведена на рис. 2.72
Tkn =
=
| 0,05(9,8 · 10 + 9,8 · 2,4) |
| 2 |
= 3 кН
(коэффициентом 9,8 мы перешли от массы к весу груза и тележки). Расчетные усилия на колесе крана:
Fk = γnFknγfk1 = 1 · 85 · 1,1 · 1 = 93,5 кН, Tk = γnFknγfk2 = 1 · 3 · 1,1 · 1 = 3,3 кН.
Определение расчетных усилий. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая два крана невыгоднейшим образом (рис. 2.72, а, б). Расчетный момент от вертикальной нагрузки:
Мх = α ∑ Fky1ψ = 1,05 · 93,5 · 2,5 · 0,85 = 208,6 кН·м;
ψ = 0,85 - при кранах режима работы 5К; ∑ y1 = 2,5; α = 1,05.
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки:
Мy = ∑ Tkyiψ = 3,3 · 2,5 · 0,85 = 7,01 кН·м.
Расчетные значения поперечных сил (рис. 2.72, в)
Qx = α ∑ Fkyiψ = 1,05 · 93,5 · 1,93 · 0,85 = 83,4 кН·м;
Qy = ∑ Tkyiψ = 3,3 · 1,93 · 0,85 = 5,41 кН·м.
Подбор сечения балки (2.64)
186
Wx,req =
=
= 1086 см3, Ry = 24 кН/см2.
Для балок без тормозных конструкций ориентировочные значения β составляют: при кранах грузоподъемностью 5 т - 1,2; 10 и 12,5 т - 1,25; 20 т - 1,35; 32 т - 1,45.
Схема загружения для определения прогиба балки показана на рис. 2.72, г. Из условия жесткостиf =
≤ fu, где fu = l/400 = 600/400 = 1,5 см (при кранах режима работы 1К - 6К). Требуемый момент инерции балки Ix,req =
=
| 85 · 6003 |
| 48 · 2,06 · 104 · 1,5 |
= 12380 см 4.
Из условий Wx ≥ Wx,req и Ix ≥ Ix,req принимаем сечение балки из I35Ш1. Можно было бы принять более легкое сечение из I45Б1, имеющего достаточную прочность и жесткость, однако, для обеспечения крепления рельса на крючьях (см. рис. 2.71) ширина пояса должны быть не менее 220 мм.
Геометрические характеристики сечения: Ix = 19790 см4, Iy = 3260 см4; Wx = 1171 см3, Wy = 261 см3; h = 338 мм, tw = 9,5 мм, bf = 250 мм, tf = 12,5 мм, S1/2 = 651 см3, момент инерции верхнего пояса относительно оси у If,y =
=
= 1630 см 4, момент сопротивления верхнего пояса Wf,y =
=
= 130,5 см 3.
Проверка прочности балки:
σ =
+
=
+
5 = 23,2 кН/см2 < Ry = 24 кН/см2.
τ =
=
= 29 кН/см2 < Rs = 0,58 Ry = 14 кН/см2.
Прочность балки обеспечена.
Проверка устойчивости балки по формуле (2.76). Для определения коэффициента φb вычислим предварительно параметр α (с. 198 [1]):
Здесь It =
( tw3hw + 2 tf3bf) =
(0,95 3 · 31,3 + 2 · 1,25 3 · 25) = 54 см 4 - момент инерции балки на кручение; hw = h - 2 tf = 33,8 - 2 · 1,25 = 31,3 см - высота стенки.
По табл. 5.1 [1] ψ = 1,75 + 0,09α = 1,75 + 0,09 · 8 = 2,47 (сосредоточенная нагрузка приложена к верхнему поясу).
По формуле (5.24) [1]  .
Так как φ1 > 0,85, то φb = 0,68 + 0,21φ1 = 0,68 + 0,21 · 1,097 = 0,91;
+
=
+
= 24,9 кН/см2 > γcRy = 24 · 0,95 = 22,8 кН/см2.
187
Устойчивость балки не обеспечена. Для обеспечения устойчивости необходимо либо усилить верхний пояс листом или уголками (см. рис. 2.62), либо увеличить сечение. Примем сечение из I 35Ш2.
Геометрические характеристики нового сечения: Ix = 21070 см4; Iy = 3650 см4; Wx = 1236 см3; Wfy = 146 см3; h = 341 мм; bf = 250 мм; tf = 14мм; tw = 10 мм; hw = 313 мм.
Проверим устойчивость балки: If = 73 см4; α = 9,53; ψ = 2,6; φ1 = 1,25; φb = 0,943;
+
=
+
= 22,7 кН/см2 < γcRy = 24 · 0,95 = 22,8 кН/см2.
Устойчивость балки обеспечена.
Прочность нового сечения проверять не требуется, так как она заведомо обеспечена.
Проверим местную прочность стенки по формуле (2.68).
Для кранов режимов работы 1К - 6Кγf = 1,1. Принимаем рельс типа Р43 с креплением на крючьях (рис. 2.71, б).
Для прокатных балок напряжения σloc,y следует проверить в сечении у начала закругления (рис. 2.72, д), однако момент инерции пояса на два порядка меньше момента инерции рельса, поэтому принимаем I1f =~ Ir = 1489 см4, lef = c 3√I1f / tw = 3,25 3√1489 / 1,0 = 37 см, σloc =
= 2,78 кН/см 2 < Ry = 24 кН/см 2.
Прочность стенки обеспечена.
Устойчивость стенки и сжатого пояса для прокатной балки проверять не нужно, так как она обеспечена из условий прокатки.
Постановка ребер жесткости при λ =
√Ry |
| E +
= 0,93 < 2,2 согласно нормам не требуется (hw = h - 2tf - 2R = 341- 2 · 14 - 2 · 20 = 273 мм).
Общий расход стали на балку составляет Gb = glψk = 82,2 · 6 · 1,05 = 518 кг (g - линейная плотность; ψ = 1,05 - конструктивный коэффициент, учитывающий расход стали на дополнительные детали).
Пример 2.16. По данным предыдущего примера подобрать сечение балки в виде составного сварного двутавра с развитым верхним поясом (рис. 2.73).
Из условия равенства напряжений в верхнем и нижнем поясах
=
, коэффициент асимметрии α =
=
= β = 1,25; W1x и W2x - моменты сопротивления соответственно верхнего и нижнего поясов.
Оптимальная высота балки (с. 220 [1])
hopt = 3√
W2x,reqλw; W2x,req =
=
= 869 cм3.
принимаем Aw =
= 80, hopt = 3√
869 · 80 = 48,5 см.
Из условия жесткости минимальную высоту балки с развитым верхним поясом можно определить по формуле:
hmin =
| 5l2RyγcMxn(1 + α) |
| 48Efu Mxα |
=
| 5 · 6002 · 24 · 12750 · 2,25 |
| 48 · 2,06 · 104 · 20860 · 1,5 · 1,25 |
= 35 см.
188
Mxn =
=
= 12750 кН·м - момент от нормативной нагрузки одного крана; fu = l / 400 = 600 / 400 = 1,5 см - предельно допустимый прогиб.
Рис. 2.73. К примеру 2.16
Принимаем высоту балки близкой к оптимальной hb = 45 см. Предварительно намечаем толщину поясов tf = 10 мм, hw = hb - 2tf = 45 - 2 · 1 = 43 см.
Толщина стенки из условий среза: tw ≥ 1,5Qmax |
| hwRs =
= 0,21 см.
Из условия местной устойчивости:
tw ≥
=
= 0,27 см.
Из условия местной прочности (при рельсе Р-43)
Принимаем из конструктивных соображений tw = 7 мм; при этом λw
√
=
√
= 2,1 < 2,2 и постановка ребер жесткости не требуется. При меньшей толщине стенки необходимо укреплять стенки ребрами жесткости, что значительно усложняет изготовление балки.
Требуемые площади сечения поясов балки приближенно можно определить по формулам:
A1f,req =
W2f,req -
=
869 -
= 21,24 см2;
A2f,req =
-
=
-
| (2 · 1,25 - 1) · 43 · 0,7 |
| 6 · 1,25 |
= 13,3 см2;
Принимаем сечения поясов с некоторым запасом, учитывая возможность потери общей устойчивости: верхний пояс 280 × 10 мм; нижний - 150 × 10 мм.
Определим положение центра тяжести и геометрические характеристики принятого сечения: A = 28 · 1 + 15 · 1 + 0,7 · 43 = 73,1 см2; у =
= 3,9 см; Ix = 28 · 18,12 + 15 · 25,92 +
189
+
+ 0,7 · 43 · 3,9 2 = 24280 см 2; h1 = 22,5 - 3,9 = 18,6 см; h2 = 22,5 + 3,9 = 26,4 см; W1x =
= 1305 см 3; W2x =
= 920 см 3; S1/2 = 28 · 18,1 + 0,7 · 17,6
= 615 см 3; I1f,y =
=
= 131 см 3; i1f,y = √
= √
= 8,1 см.
Проверка прочности балки:
- верхний пояс σ = Mx / W1x + My / W1f,y = 20860 / 1305 + 701 / 131 = 21,4 кН/см2 < Ry = 24 кН/см2;
- нижний пояс σ = Мх / W1x = 20860 / 920 = 22,7 кН/см2 < Ry = 24 кН/см2;
τ =
=
= 3 кН/см2 < Rs = 0,58Ry = 14 кН/см2.
Проверка общей устойчивости балки. Рассматриваем верхний пояс как сжато-изогнутый стержень, нагруженный силой N = σxAf и моментом Мy,
σx =
=
= 16 кН/см2, N = 16 · 28 = 448 кН,
λ1f,y =
√
=
√
= 2,53,
mef = η
= 1
= 0,33 (для прямоугольного сечения коэффициент η = 1), φ e = 0,64;
=
= 25 кН/см 2 > γ cRy = 24 · 0,95 = 22,8 кН/см 2.
Устойчивость не обеспечена. Увеличиваем сечение верхнего пояса и принимаем лист 300 × 10 мм.
Геометрические характеристики нового сечения балки (см. рис. 2.73): А = 75,1 см2; у = 4,4 см; Iх = 24970 см4; h1 = 18,1 см; h2 = 26,9 см; W1x = 1380 см3; W2x = 928 см3; I1f,y = 2250 см4; W1f,y = 150 см3; i1f,y = 8,7 см; λ1f,y = 2,35.
Проверка общей прочности сечения не требуется, поскольку новое сечение больше принятого первоначально.
Проверка общей устойчивости балки: σх = 15,1 кН/см2; N = 453 кН; φ1 = 0,673;
= 22,4 кН/ см2 < γcRy = 24 · 0,95 = 22,8 кН/ см2.
Общая устойчивость обеспечена.
Местная прочность стенки обеспечена, так как принятая толщина стенки больше минимально необходимой.
190
Местная устойчивость верхнего пояса обеспечена, так как bef / t1f = (b1f - tw) / 2t1f = 30 - 0,7 / 2 · 1 = 14,65 = 0,5 √E / Ry = 14,65.
Устойчивость стенки проверять не требуется, поскольку
λw =
√
=
√
= 2,1 < 2,2 [7].
Постановка поперечных ребер жесткости также согласно нормам не нужна.
Расход стали на балку составляет 365 кг, т.е. балка составного сварного сечения с развитым верхним поясом на
100 = 30% легче, чем из прокатного двутавра.
191
|
 |
 |
 |
 |
|
