Охрана труда при строительстве Скрапобазы

 

Розрахункова  довжина верхньої ділянки колони дорівнює відстані від гальмової  конструкції підкранової балки до нижнього пояса ферми:

L_у^в = L_геом^в – h_п.б. = 4,17 – 1,1 = 3,07 м

 

Розрахункова  довжина нижньої ділянки колони дорівнює відстані від бази колони до низу опорного вузла підкранової  балки:

L_у^н = L_н = 10,27 м

 

Приймаємо сталь  ІЗ235 (Вст3кП2) R _в = 23 кН/см² .

Розрахункові  зусилля:

М_4-4 = - 598,16 кН

N_4-4 = - 449,24 кН

 

Розрахункова  довжина:

 

L_х^в  = 12,51 м

L_х^н = 20,54 м

 

А_тр = N/R_у ( 1/ φ + е_х ∙А/ W_х )= N/ R _в ( 1/ φ + е_х / ρ_х) = N/ R _в ∙1,25+ 2,2 е_х /в) = =449,24/23∙(1,25 + 2,2∙133 /20) = 357,44 см²

е_х = М/ N = 598,16/449,24 =1,33 м = 133 см

Необхідну товщину  стінки встановлюємо з умови міцності на зріз:

(1/60…1/120)в_в , не менш 8 мм.

£ = 1,5∙Q/ t _cт * h_ст   => t _cт = 1,5∙Q/ £ ∙h_ст

t _cт = 1,5∙Q/  h_ст ∙0,58 R_у ,

де Q= Н= М/ h_оп = 598,16/2,05 = 291,79 кН

h_ст =  в_к – 2∙t_п  = 300 - 2∙16 = 268 мм

t _cт = 1,5 ∙291,79/26,8 ∙0,58 ∙23 = 1,2 см

Приймаємо t _cт = 8 мм.

 

Необхідна площа  стінки:

А_ст = h_ст  ∙t _cт = 26,8 ∙0,8 = 21,4 см²

 

А_пояса = А_тр  - А_ст / 2 = 357,44- 21,4/2 = 168,02 см²

 

t _п = 50 – 47/2 = 1,5 див

 

Ширина пояса:

в_п =  А_п / t _п = 168,02/1,5 = 112 см

Приймаємо пояса  для колони зі смуги:

в_п = 360∙16 мм

h_ст = 465∙8 мм

 

 

Геометричні характеристики

 

А = 36∙1,6∙2∙46,5∙0,8 = 152,4 см ²

 

J_х = 0,8∙46,53/12 + 2 (1,6 ∙36) ∙24,2² =74168,7 см ⁴

 

W_х =  J_х / (h/2) = 74168,7/ (30/2) = 4944,58 см ³

 

i_х = √ J_х  / А = √ 74168,7/ 152,4 = 22 см

 

ρ = W_х  /А = 4944,58/ 152,4 = 32,44см

 

J_у = (1,6∙36³ /12) ∙2 = 12441,6 см ²

 

W_у = J_у / (h/2) = 12441,6/ (30/2) = 829,44 см ³

 

i_у = √ J_у  / А = √ 12441,6/ 152,4 = 9,04 см

 

А_пол/ А_ст = 168,02/21,4 = 7,85

 

Визначаємо  величину умовної гнучкості:

λ = λ _х √ R_у/ Е = 27,5 √ 23/2,06 ∙10⁴ = 2,9 =3

 

λ _х=  L_х^р / i_х = 1251/ 22 = 27,5

 

η=1,4 - 0,02∙? = 1,4 - 0,02∙3 = 1,34

 

Визначаємо  відносний ексцентриситет:

m_х = е_х ∙А / W_х = 133∙152,4/ 4944,58 = 4,1

 

Визначаємо  наведений ексцентриситет:

m_еf = ŋ ∙m_х  = 1,34 ∙4,1 = 5,49  => φ_{в. н.} = 0,175

 

Перевіряємо стійкість прийнятого перетину в площині дії моменту

G = 449,24/0,175 ∙152,4 = 16,84 < 23 кН/см ²

 

Виконуємо перевірку  стійкості прийнятого перетину колони із площини дії моменту:

G_у = N/ з∙φ_в ∙А ≤  R_у γ_с

φ_в – коефіцієнт поздовжнього вигину відносно 0_в ( таблиця 72 СНіП),

с - коефіцієнт, що враховує вплив згинального моменту, що діє в площині рами на стійкість  стержня колони із площини рами (п.5.31 СНіП)

 

λ_в = L_у^в / i_у = 3,07∙100/ 9,04 = 33,96 => φ_в = 0,935

 

М_х^в = М_3-3  + 2/3 ∙М_4-4 – М_3-3 ) = -166,35 +2/3 ∙-598,16 +166,35) = - 454,22> 598,16/2 = - 299,08 кНм

 

m_х = 454,22/ 449,24∙32,44 = 5,2 > 5

 

с₅ = β/ 1+ α∙m_х = 1/1+0,91∙5 = 0,18

 

с₁₀ = 1/1+ m_х ∙φ_в / φ_б =1/1+10∙0,85/1 =0,11

 

λ_с= 3,14 √ Е/ R = 3,14√ 2,06 ∙10⁴ /23 = 94

λ_в < λ_с ;

50,55 < 94, те к=1

 

α = 0,65 +0,05 m_х = 0,65+0,05∙5,2 = 0,91

 

к = 2,25 + 0,07∙? =2,25 + 0,07∙0,12 = 2,26

 

α = 8∙( L_еf ∙t₁ / h∙в_f )² ∙(1+ а∙t³ / в_f ∙t₁³ )

а = 0,5∙h =0,5∙28,4 = 14,2 см

t = 0,8 см

в_f = 36 см

t₁ = 1,6 см

h = 48,4 см

L_еf = 457 см

α = 8∙( 457∙1,6/48,4 ∙36)² ∙(1+ 24,2∙0,83/36∙1,63)  =0,12

 

φ₁ = ¥ ∙J_х / J_у ∙h/ L_еf )² ∙Е∙R _в = 2,26 ∙12441,6/ 74168,7 ∙(48,4/ 457)²  ∙20600/ 23 = 1,7

1,7>0,85,

те φ_б = 0,68 + 0,21∙φ₁ = 0,68 + 0,21∙1,7 = 1,037

Приймаємо φ_б =1.

 

с = 0,18∙(2- 0,2∙5,2)+ 0,11∙(0,2∙5,2- 1)= 0,177

 

G = 449,24/0,177∙0,85∙152,4∙1 = 19,6 < 23 кН/ см²

 

Перевірка місцевої стійкості:

в_св/ t_п ≤ (0,36+0,1∙λ) ∙√ Е/ R = (0,36+ 0,1∙2,44) ∙√2,06* 10⁴ /23 = 18,1

 

в_св/ t_п =  36/2 -98/2 /1,6 = 11 < 18,1

Стійкість забезпечена.

 

h_ст/ t_ст = (0,9 +0,5∙λ) ∙√ Е/ R = (0,9 +0,5∙2,44) ∙√2,06∙10⁴ /23 = 63,45 < 3,1√ Е/ R

 

G_х > G_у

23 >19,6 кН/см ²

h_ст/ t_ст = 46,5/0,8 = 58,12 < 63,45

Місцева стійкість  стінки забезпечена.

 

Нижня частина колони

 

Перетин колони – наскрізне. Сталь ІЗ235 (R _в =23 кН/см ² ).

Розрахункові  зусилля:

Для розрахунку зовнішньої галузі:

М₂ = - 667,41 кН

N₂ = -1741.11 кН

Для розрахунку підкранової галузі:

М₁ =1001,49 кН

N₁ = -1785.51 кН

Q₁ = - 99,77 кН

Компонування поперечного переріза колони

Приймаємо z₀ =150 мм;

Відстань між  центрами ваги в₀ = 1250 -150 =1100 мм

 

Орієнтовно  визначаємо положення центра ваги:

у_п.в. =|М₂| / |М₁| + |М₂| ∙в₀ = 667,41/ 1001,49 + 667,41 ∙110 =44 см

у_н.в = 110 -44 = 66 см

 

Визначаємо зусилля в галузях колони в зовнішній і підкрановій:

N_н.в. = N₂ ∙у_п.в. /в₀ + М₂ / в₀ = 1741,11 ∙0,44/1,1 + 667,41/1,1 = 1303,2 кН

 

N_п.в. = N₂ ∙у_н.в. /в₀ + М₁ / в₀ = 1785,51 ∙0,66/1,1+ 1001,49/1,1 = 1981,8 кН

 

Орієнтовно  визначаємо необхідну площу перетину галузей:

А_тр = N / φ R _в γ_с

А_тр^н.в. = 1303,2/0,7∙23∙1 = 61,3 см ² => 30Ш1

 

А_тр^п.в. = 1981,8/0,7∙23∙1 = 65,2 см ² => 30Ш1

 

Приймаємо 30Ш1

А = 67,7 див

J_х = 10460

W_х =719

i_х =12,4

J_у =399

W_у =1500

i_у = 15,0

g = 53,2 кг

 

Знаходимо положення  ц.т. прийнятого перетину колони

ц _н.в. = Ап. _{в. *} в₀ / Ап. _в. + Ан. _в. =6767∙110/ 67,7 + 67,7 = 55 см

ц _{п. в.} = 110- 55 = 55 см

 

Визначаємо  фактичні розрахункові зусилля в  галузях

N_н.в. = 1741,11 ∙0,55/1,1 + 667,41/1,1 = 1477,30 кН

 

N_п.в. = 1785, 51∙0, 55/1,1 + 1001,1/1,1 = 1803,21 кН

 

Перевіряємо стійкість  кожної галузі як центрально стислого стрижня колони

λ_х= L_х1 / i_min

λ_в= L_у / i _в

L_х1 = 2 ∙L_х =2∙136 = 272 см

L_х = L_н - h_тр / п = 1027 – 70/7 = 136 см

h_тр = (0,6...0…0,8)в₀ = 0,6 ∙110 = 70 см

L_у= 1408 див

i_у = i_х1

i_хв = i_у1

 

Розглянемо  зовнішню галузь:

λ_х = 272/ 12,4 = 22

 

λ_в = 1027/ 15,0 = 68 => φ_в = 0,754

G_н.в. = 1477,30/0,754 ∙67,7 ∙1 =21,0 < 23 кН/см ²

 

Розглянемо  підкранову галузь:

λ_х = 272/ 12,4 = 22

λ_в= 1027/ 15,0 = 68 => φ_в = 0,754

 

G_п.в. = 1803,21/0,754∙67,7∙1 =22,8 < 23 кН/см ²

 

 

Розрахунок розкосів ґрати колони

 

Розраховуємо  на більшу з поперечних сил.

 

Q_max  = 126,14 кН,  або

Q_усл  = 7,15∙10^-6 ∙(2330 – Е /R)* N/ φ

N - поздовжня  сила в складеному перетині  стрижня,

К - коефіцієнт поздовжнього вигину, приймаємо для складеного перетину в плоскому з'єднанні елементів.

К = 1027/ 18,7 = 54,92 => К = 0,72

Q_усл  = 7,15∙10^-6 ∙(2330 -20600/ 23) ∙1741,11/0,72 = 24,8 кН

Q_max > Q_усл , або Q_усл  = 0,2А = 0,2∙(82,8 + 124) = 41,36 кН

Розрахунок  ведемо по Q_max  = 126,14 кН.

 

L_р = √в² + h² = √1,1² + 1,36² =1,75 м

 

Зусилля стиск  у розкосі:

N_р  = Q_max /2sinα = 126.14/2∙0.636 = 99.2 кН

Площа перетину:

А_тр = N_р / φ ∙R ∙γ_с = 99,2/0,6∙23∙0,75 = 99,2 см ²

γ_с = 0,75  - коефіцієнт умови роботи для стислих елементів, прикріплених однією полицею.

Приймаємо L90∙7 мм.

А =12,3 см ²

i_min = 1,78 див

λ_х= L_р / i_min  = 175/ 1,78 = 98,3  => φ = 0,754

 

G = 99,2/0,58∙10,6∙0,75 = 21,5 < 23 кН/см ²

 

Перевірка стійкості  колони як єдиного стержня складеного перетину:

G_у = N/ φ_вн ∙А ≤  R γ_с

 

Визначаємо геометричні характеристики всього перетину колони:

А = Ан. _в. + Ап. _в. = 67,7 + 67,7 = 135,4 див

 

J_х = J_х1 + Ан. _в. ∙у_н.в. ² + J_{х п. в.} +Ап. _в. ∙у_п.в. ² = 399+ 67,7∙55² +399 +67,7 ∙55² =410383 см⁴

 

i_х = √ J_х  / А = √ 410383/ 135,4 = 55 см

 

λ_х= L_х1 / i_min  = 2054/ 55 = 37

 

Визначаємо  наведену гнучкість:

λ_пр= √ х_х² + α₁ ∙А /А_реш

α₁ = 10 ∙L_реш³ / в₀² * h₁^геом = 10∙175³/ 110²∙136 = 33

 

λ_пр= √ 37² + 33 ∙135,4/2∙12,3 = 39

 

Визначаємо  умовну гнучкість:

λ = λ_пр ∙√ R/ Е = 39 ∙√ 23/ 20600 =1,3

 

Для кожної комбінації зусиль обчислюємо відносний ексцентриситет:

m_х = е/p = М_х /N ∙(А/ J_х ∙у_а)

у_{а –} відстань від ц.т. усього перетину колони до ц.т. більше стислої галузі.

 

Перевіряємо стійкість  зовнішньої галузі:

m_{х н. в} =  667,41∙100/ 1741,11 ∙(135,4/410383 ∙66) = 0,86 => φ_{вн =} 0,457

 

G = 1741,11/0,457∙135,4∙1 = 20,3 < 23 кН/см ²

 

Перевіряємо стійкість  підкранової галузі:

m_{х п. в} = 1001,49∙100/ 1785,51 ∙(135,4/ 410383 ∙44) = 0,84  => φ_{пв =} 0,

G = 1785,51/0,461∙135,4 ∙1 = 22 < 23 кН/см ²

Стійкість нижньої  частини колони як єдиного цілого із площини не перевіряється, тому що вона забезпечується стійкістю окремих галузей.

п₁ = J_х  /J_х  = 410383/ 74168,7 = 5,5

п₂ = 780823/ 69406,5 = 11,25

 

п =11,25- 5,5/11,25 ∙100% = 29% < [30%]

 

 

 

Розрахунок  підкранової балки

 

L =12 м

Q = 32/5 т

Сталь ІЗ255, R_у = 24 кН/ см ² (t ≤ 20 мм)

R_у = 23 кН/ см ² (t > 20 мм)

F₁^н = 250 кН

F₂^н = 270 кН

Q_тел = 12 т

G _кр= 53,6 т

 

Визначаємо розрахункові величини вертикальних і горизонтальних зусиль на колесо крана.

F = k∙у_п∙у_f ∙Ψ ∙F_max^н

Т = k∙у_п∙у_f ∙Ψ ∙k_тр ∙Q_к + G _кр /П_к

k = 1,1 - коефіцієнт  динамічності 

у_п = 0,95 – коефіцієнт надійності по призначенню

у_f = 1,1 – коефіцієнт надійності по навантаженню

? = 0, 85 - коефіцієнт  тертя

п_к =2 – кількість коліс у крані

F₁^р = 1,1∙0,95∙1,1∙0,85∙250 = 244,3 кН

 

F₂^р = 1,1∙0,95∙1,1∙0,85∙270 = 263,8 кН

 

Т_к^р = 1,1∙0,95∙1,1∙0,85∙0,05∙536+ 120/ 2 =16,02 кН

 

х = ΣF_i ∙x_i / ΣF_i = 263, 8∙(3000 +3900)/ 3∙263,8 = 2300 мм

 

с = 3000- 2300 = 700 мм

 

Перевіряємо правильність установки вантажів по нерівностях:

а) R_л + F_кр ≥ а/ L ∙ΣF_i

263,8+ 263,8 = 527,6 > 3350/12000∙(3∙263,8) = 441,87

 

б) R_л  ≤ а/ L ∙ΣF_i

263,8 < 441,87

Прийняте розташування вантажу є розрахунковим.

Знаходимо згинальні  моменти від вертикального навантаження

М_max = а/ ΣF_i ∙у_i = 1,03∙(263,8∙(1,48+ 0,977+0,155)) = 709,72 кН∙м

 

М_Тmax^у = Т_i ∙Σу_i = 20,03∙(1,48+ 0,977+ 0,155) = 52,23 кН∙м

 

Для визначення максимальної поперечної сили завантажуємо лінію впливу поперечних сил на опорі.

Розрахункове  значення вертикальної поперечної сили

Q_max ^х = 1,03∙(263,8∙(1+ 0,85+ 0,35+ 0,2)) = 652,11 кН

 

Q_Тmax ^в = Т_i ∙Σу_i = 20,03∙(1+ 0,85+ 0,35+ 0,2) = 48,07 кН

 

 

Конструктивний розрахунок

 

Визначаємо  мінімальну висоту балки

h_min = 5/24∙R_у ∙γ_с ∙L / β ∙Е ∙[ f /L ] ∙[ М^н /М^р ] 

β= 1, 05 - коефіцієнт ураховує додаткову напругу у  В.П. балки від сил гальмування.

М^н/ М^р =0,8

γ_с  =1

R_у =24 кН/ см ²

[ f /L ] = 1/ 400

h_min = 5/24 ∙24∙1∙1200∙0,8/1,05∙2,06∙10⁴ ∙1/ 400 = 53,25 см

h_опт = √ 3ДО₁ / ДО₁ +1 ∙W_тр /t_cт

ДО₁ =1,2 – коефіцієнт асиметрії перетину балки (ДО₁ =1,1...1,5)

 

W_тр = М_х ∙β/ R_у ∙γ_с = 70972∙1,05/24∙1 = 3105,03 см ³

β- коефіцієнт ураховує власну вагу балки.

t_cт = 7+ 3 ∙h = 7+3∙0,75 = 10 мм

h = (1/8...1/9) ∙L = 0,75

h_опт = √ 3∙12/1,2+ 1 ∙3105,03/1,0 = 71,28 см

 

Призначаємо:

h_ст = 670 мм

t_п = 18 мм

h_б = 670+ 2∙1,8 = 706 см

Перевіряємо стінку балки на зріз:

£ = 1,5∙Q/ t_cт∙h_ст∙γ_с = 1,5∙652,11/1,0∙70,6 ∙1 = 13,86 < 0,58∙R_у =13,92 кН/ см²

Приймаємо  t_cт = 10мм,  тобто 670∙10 мм

 

Визначаємо необхідну  площу поперечного переріза балки:

А_тр = 144,22 см ²

А_тр^верх = 43,37 см ²

А_тр^нижн = 30,25 см ²

Компонуємо  перетин балки:

верхній пояс 280∙18 мм

нижній пояс 200∙18 мм

стінка 670∙10 мм

z₀ = 38, 82 см

J_х  = 125719,24 см ⁴

W_х^в.п. = 3956 см ³

W_х^н.п. = 3238,5 см ³

 

Визначаємо  положення центра ваги щодо осі у.

х₀ = (109∙0,6) ∙65,5+ 20,7∙120,06/ 109∙0,6 + 20,7+ 28∙1,8 = 49,59 см

 

J_у  = 86+ 20,7∙70,47² + 0,6∙109³ /12 + 65,4∙(65,5- 49,59²) + 1,8∙28³ /12+ (28- 2,5) ∙1,8∙49,59² – 2,5∙1,8∙11² =299813 см ⁴

Момент опору  в т. А, де сума напруги від вертикальних і горизонтальних сил, що діють на балку.

W_у1^А = 299813/ 49,59 +14 = 4715 см ³

 

Перевірка напруги  в т. А від спільної дії моменту  М_х і М_т (М_у)

G_А^в.п. = 70972/ 3956 + 5232/ 4715 = 19,05 < 24 кН/ см ²

 

G^н.п. = 70972/ 3238,5 = 22 < 24 кН/ см ²

 

 

 

 

Розрахунок  і конструювання вузлів ферми

 

Розрахунковими  зусиллями для розрахунку сполучення верхньої частини з нижньої є максимальний негативний момент і нормальна сила, відповідає в перетині 3-3:

М_3-3 = - 209,71 кН

N_соотв = - 467,4 кН

Д_max = 1353,1 кН

Зусилля у внутрішній полиці верхньої частини колони:

N_п = N_3-3 / 2 + М_3-3 / в_в = 467,4/2 + 209,71/0,484 = 667 кН

Призначаємо перетин  вертикальної траверси, до яких кріпиться  внутрішня полиця верхньої частини  колони (призначаємо 210*16 мм, виходячи з  умови рівноміцності, їхня площа  більше площі полки верхньої частини  колони).