Проектирование подкрановой конструкции

где S_п – статический момент пояса

 

β – коэффициент при однопроходной автоматической сварке

h_ш – катет сварного шва.

Принимаем катет шва 6 мм.

1.13 Расчет опорного  ребра

Опирание подкрановой балки  запроектировано через строганый  торец опорного ребра.

Принимаем сечение опорного ребра 280*20мм.

Площадь смятия ребра:

Проверяем напряжение смятия в опорном  ребре:

Определяем геометрические характеристики опорной стойки:

Радиус инерции:

Гибкость опорной стойки:

Коэффициент продольного изгиба по СНиП равен 0.962.

Проверяем опорную стойку на устойчивость:

 

 

Рис.1.7 Опорное сечение балки

 

1.15 Расчет сварного  соединения опорного ребра со  стенкой подкрановой балки

Проверяем прочность сварных угловых швов прикрепления торцевого ребра к стенке – сварка полуавтоматическая:

Требуемый катет сварных швов рассчитывается по формуле:

где n=2 – число швов,

R^св –расчетное сопротивление стали срезу,

β=0.8 – коэффициент при полуавтоматической сварке

Принимаем k=6 мм.

 

  1.14 Расчет кранового упора

Расчет кранового упора производим по РД 50:48:0075.02.05

Условно упор рассчитывают как консоль  на силу удара крана об упор.

Расчетная скорость передвижения крана:

Величина пути замедления крана:

где а – коэффициент замедления

V_р – расчетная скорость передвижения крана.

Приведенная масса воздействующая на тупик:

где m_н – вес моста крана

m_т – вес тележки

l_пр – длина пролета

l₁ – расстояние приближения тележки к опоре.

Горизонтальная нагрузка на тупиковый  упор:

где m_р – масса воздействующая на тупик.

Опрокидывающий момент тупикового упора от горизонтальной нагрузки:

где h – высота установки упругих амортизаторов.

Момент сопротивления сечения  стойки тупикового упора:

где R – расчетное сопротивление стали растяжению, изгибу.

Принимаем двутавр №55.

Требуемы катет швов:

где P – горизонтальная нагрузка на тупиковый упор

l_w – длина швов

β – коэффициент зависящий от способа сварки, сварка ручная

R - расчетное сопротивление.

Принимаем катет шва 4мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Обоснование выбора  материала

 

При выборе материала для балочных конструкций необходимо учитывать его физико-механические свойства, химический состав и структуру, а также условия эксплуатации, технологию изготовления и монтажа конструкции и опыт проектирования, изготовления, строительства и эксплуатации балочных конструкций.

Выбираем  в качестве основного материала  сталь ВСТ3сп5 –сталь конструкционная  углеродистая обыкновенного качества.

Применяется в несущих элементах сварных  и не сварных конструкций и  деталей, работающих при положительных  температурах. Фасонный и листовой прокат – для элементов сварных конструкций, работающих при переменных нагрузках при толщине проката до 25мм в интервале температур от -40⁰С до +425⁰С; при толщине проката до 25мм – от -20⁰С до +425⁰С при условии поставки с гарантируемой свариваемостью. 

По своей  свариваемости сталь ВСТ3сп5 мало чем отличается от нелегированных углеродистых. Содержание углерода не превышает 0,23 %. Таким образом сталь 09Г2С обладает хорошей свариваемостью.

Важным этапом при выборе материала является его стоимость. Сталь не содержит редких или дефицитных металлов. И как следствие стоимость данной стали сравнительно невысокая.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

P=n_c*n*k* F_max

F₁=0,95*1,1*1,2*380=476,52кН 

F₂=0,95*1,1*1,2*400=501,60кН,

где  n_c=0,95 – для двух кранов тяжелого режима работы;

n=1,1 – коэффициент надежности по нагрузке;

k= 1,2 – коэффициент динамичности, для кранов тяжелого режима работы.

 

В связи с тем что  кран тяжелого режима работы, определяем боковое давление колеса крана:

Q_t=0,1*F

В соответствии с п. 4.5 СНиП II-6-74 горизонтальную силу от торможения тележки не учитываем:

Q_t1=0,1*476,52=47,652кН,   Q_t2=0,1*501,60=50,160кН.

  Местный крутящий момент при е=0,15 см по формуле:

M_t=F*e+0,75*Q_t*h,

где F=n₁*F_2max=1,1*400=440кН,

е=0,15- условный эксцентриситет смещения подкранового рельса с оси балки;

Q_t – поперечная расчетная горизонтальная нагрузка, вызываемая распорным действием крана;

h – высота кранового рельса.

M_t=440*0,015+0,75*50,16,015=12,24 кН*м

 

1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСИЛИЙ  В ПОДКРАНОВОЙ БАЛКЕ ОТ ДВУХ СБЛИЖЕННЫХ КРАНОВ

 

Располагаем на балке шесть колес  и находим расстояние от равнодействующей до крайне левого колеса, расположенного на балке:

x= м

 

Расстояние от критического груза  до равнодействующей:

С=(80+2*157,5+80)-454=21 см

Расстояние от левой  опоры до критического груза:

а=L/2+c/2=1200/2+21/2=610,5 см

Проверяем правильность установки  грузов по неравенствам:

R₁+F_КР≥(a/l)*∑F

R₁≤(a/l)*F

Где R₁ – равнодействующая грузов, расположенных слева от рассматриваемого сечения на участке а балки пролетом l ; ∑F – сумма давлений всех подвижных грузов, расположенных на балке; F_КР – величина критического груза.

2*476,52+2*501,6=1956,24 кН > (610,5/1200)*2959,44=1505,61 кН

501,6 кН < 1505,61 кН

Следовательно, принятая установка кранов является расчетной.

Находим максимальный изгибающий момент и соответствующую  поперечную силу по линии влияния (рис. 1.3 б,в):

M_MAX*∑F_iy_i=501.6(0.654+1.058+0.786+0.379)+476.52(2.6+3.0)=4114.6 кН*м

Q_c=∑F_iy_i=501.6(0.111+0.179)+476.52(0.442+0.508)-501.6(0.128+.062)=502.8 Кн

Q_мах=∑F_iy_i=501,6(0,933+1,000+0,241+0,175)+476,52(0,670+0,604)=1111,03 кН

Изгибающий момент от бокового давления крана:

М_Т=0,1*М=0,1*4112,26 кН*м

Расчетное значение усилий в подкрановой  балке с учетом собственного веса и временной нагрузки:

М=β_М*М_МАХ=1,05*4112,6=4318,23 кН*м

Q_c= β_Q*Q_с=1.05*502.8=527.94 кН

Q= β_Q*Q_мах=1,05*1111,03=1166,58 кН

М_n=M/(1,1*1,2)=4318,28/(1,1*1,2)=3271,42 кН*м

В связи с тем что подкрановая  балка тяжелого режима работы, ее стенку необходимо проверять на выносливость от нормативных нагрузок одного крана, множенных на коэффициент 0,8 (СНиП II-6-74)

 

Рисунок 1.3

а – схема кранового поезда; б, в, г – установка крана для  определения соответственно M_max, Q_С, Q_max; д, е – определение изгибающего момента и поперечной силы от одного крана; ж – определение изгибающего момента в тормозном швеллере.

Максимальная поперечная сила на опоре (рис.1.3 г):

Нормативная нагрузка от одного крана:

=0.8*380=304 кН

=0.8*400=320 кН

=0.8*0.1*380=30.4 кН

=0.8*0.1*400=32 кН

=320*0.015+0.75*32*0.15=8.4 кН*м

Находим положение равнодействующей:

x= м

с=(80+435)-304=211 см

а=1200/2+211/2=705,5 см

Проверяем правильность установки  крана:

2*304+320=928 кН > (494,5/1200)*1248=514,28 кН

320 кН < 514,28 кН

Кран установлен правильно (рис.1.3 д, е)

Находим максимальный изгибающий момент и соответствующую ему поперечную силу с учетом веса конструкции и  временной нагрузки на них:

М ¹= 1,05*∑ *y_i=1.05(304(0.78+1.114)+320(2.907+2.436))=2399.8 кН*м

=0,1*2399,8/1,05=228,5 кН*м

Q¹=1.05*∑F_iy_i=1.05(304(0.158+0.225)+320*0.587-320*0.345)=203.56 кН*м

 

1.5 ПОДБОР СЕЧЕНИЯ ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ

 

 Подбор сечения  балки

Оптимальная высота при α=1,2 (коэффициент ассиметрии):

H_опт= см

где ; см³

Y_C=1 – коэффициент условий работы; R_y=215 МПа – расчетное сопротивление стали растяжению, сжатию, изгибу по пределу текучести;

t_w=7+3*h=7+3*1.5=12 мм – толщина стенки.

Минимальная толщина балки по формуле:

см

где f/L – нормативный прогиб.

Назначаем высоту стенки h_w=160см, двух поясов 60мм.

Предварительная высота балки:

h=160+6=166 см

Проверяем стенку балки на срез:

t_w≥ см,

где R_s=125 – расчетное сопротивление стали срезу.

Принимаем толщину  стенки t_w=14 мм.

Определяем требуемую  площадь поперечного сечения  балки:

A= см²

Определяем площадь верхнего и  нижнего пояса и стенки:

см²

 см²

 см²

Принимаем верхний  и нижний пояс из универсальной стали  сечением  (ГОСТ 82-70) :

  мм        

 см²

  мм

 см²

Площадь сечения  поясов принята несколько больше, чем требуется в связи с  приближенностью формулы и необходимостью обеспечить выносливость балки.

Соотношение для верхнего пояса  <

   ( ), что допустимо. Сечение балки показано на рисунок 1.4

 

Рисунок1.4 Сечение подкрановой балки.

 

 

Находим положение центра тяжести  сечения:

h_B=h-h_н = 166-85=81 см

Момент инерции сечения балки  относительно оси х-х:

Момент инерции сечения ослабленного двумя отверстиями диаметром 25 мм, для крепления рельса КР-100:

Моменты сопротивления  для верхнего и нижнего поясов:

Напряжения в верхнем и нижнем поясах от вертикальных нагрузок:

МПа

МПа<R_YY_C

 

 Устойчивость нижнего  пояса

 

Проверяем предельную гибкость растянутого нижнего пояса, при n≥2*10⁶ циклов она не должна превышать [150]:

<[150]

где

Устойчивость нижнего пояса  обеспечена при свободной длине, равной пролету балки.

 

 Прочность стенки  балки от местного давления  колеса крана

 

Проверяем прочность стенки балки  от местного давления колеса крана  по формуле:

МПа< R_YY_C

где F₁=1,1*420=462;

Y_f=1.3;

J_t=2805.9 – момент инерции кранового рельса КР-100;

J_1f= J_t+53*3²/12=2805.9+119.25=2925.15см⁴

L_ef=

Наибольшие касательные напряжения на нейтральной оси стенки у опоры  по формуле:

МПа

где

 

 Проверка жесткости  балки

 

Проверяем жесткость балки по формуле:

<[1/600]

Жесткость балки обеспечена.

 

 

 

1.5. РАСЧЕТ ТОРМОЗНОЙ БАЛКИ

 

 Подбор сечения  тормозной балки

 

Для восприятия усилий от поперечного  торможения при кранах тяжелого режима работы устраиваются тормозные балки.

Принимаем сечение тормозной балки из листа 750*8 мм, А_f^Л=60 см²; швеллер №22 (А_f^ш=26,7 см², J_y^ш=151 см⁴, z=2.2 см). К листу тормозной балки привариваются снизу ребра 100*8 мм через 1000 мм.(рисунок 1.5)

Определяем геометрические характеристики сечения тормозной балки с учетом ее работы совместно с верхним поясом.

Находим положение центра тяжести  сечения относительно оси y-y:

x= м

Момент инерции сечения относительно оси 1-1:

J₁=151+26.7+73.9²+0.8(74.6³+0.4³)/3+3*53³/12+190.8*21.9²=385403.738 см⁴

Момент инерции сечения с  учетом ослаблений сечения:

J_n1=385403.738-3*2.5(10.9²+32.9²)=376394.588 см⁴

  Момент сопротивления для крайних волокон сечения тормозной балки:

Нормальное напряжение в верхнем поясе подкрановой балки (точка а см. рисунок 1.5) от совместного действия наибольшего изгибающего вертикального и горизонтального моментов по формуле:

МПа≤ R_YY_C

 

 

 

 

Рисунок 1.5 Сечение тормозной балки.

 

Прочность наружного  пояса тормозной балки

 

Проверяем прочность наружного  пояса тормозной балки, которая  представляет собой двухпролетную  разрезную балку, шарнирно прикрепленную  посередине пролета к стойке фахверка.

Тормозная балка воспринимает нагрузки:

-временная полезная q^B=1.2*4=4.8 кН/м, на площадке шириной 96,5-(40-7,5)=49 см;

-вес швеллера q^ш=1,05*0,21=0,2205 кН/м,

-вес настила q^н=1,05*0,62=0,65 кН/м;

где 1,2; 1,05 – коэффициент  надежности по нагрузке.

Находим расчетную нагрузку на швеллер как реакцию на левую  опору балки настила:

q^ш=0.22*0.958+0.65*0.75*0.556+4.8*0.49*0.76=2.3 кН*м

Нормативная нагрузка:

2.3/1.2=2 кН/м

Изгибающий момент в  швеллере от вертикальных нагрузок:

М_ш=2,3*6²/8=10,4 кН*м

Изгибающий момент от сил  бокового давления в сечении, удаленном  на 3 м от стойки фахверка, определяем по линии влияния (рис. 2 ж). 

кН*м

Напряжение в точке  б швеллера (рис.4):

МПа ≤ R_YY_C

Прогиб швеллера от нормативной  нагрузки:

<[1/250]

Проверяем прочность стенки в сжатой зоне по формуле при расчетной нагрузке от двух сближенных кранов.

≤ β*R_Y; 

где β=1,15 – коэффициент для разрезных  балок.

Находим напряжения на границе  стенки:

МПа

 МПа

 МПа

 МПа

где

 МПа

 МПа

 МПа

Проверяем по формулам:

 МПа < R_YY_C

 МПа < R_YY_C

 МПа < R_SY_C

 МПа <βR_Y

Прочность стенки в сжатой зоне обеспечена.

Выносливость поясов на нормативную нагрузку от одного крана

 

Проверяем выносливость поясов на нормативную нагрузку от одного крана, умноженную на коэффициент 0,8.