Решетчатые подкрановые балки

При пролетах 18 м и более и при грузопоъемности кранов Q ≤ 10/20 т рациональны решетчатые подкрановые балки. Верхний пояс таких ферм принимается из жесткого профиля (двутавра), работающего не только на сжатие в составе фермы, но также и на местный изгиб от давления колеса крана Р.

Местный изгиб может определяться по формуле

Формула (76.VI)

где d — длина панели между узлами верхнего пояса.

Остальные сечения элементов, как правило, принимаются из двух уголков.

Элементы решетки обычно центрируются на нижнюю кромку пояса. Все стержни фермы, кроме верхнего пояса, работают на осевые усилия и рассчитываются как элементы ферм (раздел Фермы). Проверочная формула для расчета верхнего пояса имеет вид

Формула (77.VI)

где Nт и Мт — расчетное усилие сжатия и местный изгибающий момент в горизонтальной плоскости от сил поперечного торможения (при наличии горизонтальной тормозной фермы);

φ — коэффициент продольного изгиба относительна вертикальной оси (а при наличии сплошной тормозной балки — относительно горизонтальной оси).


Решетчатая подкрановая балка

Решетчатая подкрановая балка


Предельные гибкости элементов приведены в таблице Предельная гибкость λ сжатых и растянутых элементов. Необходимо закреплять в горизонтальной плоскости не только верхний пояс, но также нижний, так как в результате прогиба балки под влиянием хотя бы незначительного эксцентриситета нижний пояс может отойти в сторону. По той же причине необходимо ставить ребра на фасонках верхнего пояса (фигура Укрепление стенки клепаной подкрановой балки), в противном случае могут разрушиться швы, прикрепляющие фасонки к поясу.

Пример 11

Требуется рассчитать подкрановую балку пролетом l = 12 м под два крана грузоподъемностью Q = 15 т (ГОСТ 3332-54). Пролет крана Lк = 23 м.

Режим работы крана средний. Наибольшее давление колеса крана Рмакс = 19 т, вес тележки g = 7 т, тип рельса — КР70, схема расположения колес показана на фигуре а. Балка сварная; материал балки Ст. 3; электроды типа Э42. Коэффициент условий работы m = 1.


Определение максимальных поперечных сил на опоре

Определение максимальных поперечных сил на опоре


Решение

Статический расчет. Определяем величины расчетных нагрузок:

вертикальных по формуле (63.VI)

Формула

горизонтальных (тормозных) с учетом формулы (64.VI)

Формула

Устанавливаем краны в наиневыгоднейшее положение для определения наибольших изгибающих моментов от вертикальных и тормозных сил (в точке 3):

Формула

Определяем соответствующую поперечную силу от вертикальных сил:

Формула

Устанавливаем краны в наиневыгоднейшее положение для определения максимальных поперечных сил на опоре от вертикальных и тормозных сил:

Формула

Учет собственного веса и временной нагрузки на тормозной балке производим при помощи коэффициентов α1 и α (смотрите таблицу Значения коэффициентов α1 и α2).

Таким образом, окончательные расчетные значения моментов и поперечных сил будут равны:

у середины балки (в точке 3)

Формула

на опоре

Формула

Подбор сечения. Определяем наименьшую допустимую высоту балки из условия ее жесткости по формуле (4.VI), исходя из допускаемого относительного прогиба 1/n0 = 1/600:

 

Формула

Определяем оптимальную высоту балки симметричного сечения по формуле (22.VI), для чего предварительно задаемся гибкостью стенки в соответствии с таблицей Таблица практических значений К К = h0/δ = 125 и определяем требуемый момент сопротивления

Формула

Здесь уменьшением расчетного сопротивления R на 150 кг/см2 учитывается работа верхнего пояса балки на горизонтальные силы торможения.

Оптимальная высота равна

Формула

Принимаем высоту балки 120 см, высоту стенки 117 см, толщину стенки 10 мм, что соответствует гибкости стенки h0/δ = 117/1 = 117. Предварительное определение площади сечения производим по формуле (27.VI)

Формула

Намечаем окончательно сечение балки: стенка 1 168 Х 10, поясные листы 350 X 16, после чего определяем его геометрические характеристики и производим проверку сечения балки на прочность.


Сечение балки, поясные листы

Сечение балки, поясные листы


Момент инерции (с учетом ослабления верхнего пояса отверстиями для крепления рельса)

Формула

Моменты сопротивления

Формула

Статический момент полусечения

Формула

Состав сечения тормозной балки: швеллер № 16а (F = 21,9 см2), горизонтальный лист толщиной 6 мм и верхний пояс балки из листа 350 X 16 мм. Расстояние центра тяжести от оси балки

Формула

Момент инерции тормозной балки относительно оси у — у

Формула

Момент сопротивления

Формула

Проверяем прочность балки, определяя:

нормальные напряжения в верхнем поясе по формуле (65.VI)

Формула

касательные напряжения на опоре по формуле (29.VI)

Формула

Проверяем прогиб балки от вертикальных нормативных нагрузок (без динамического коэффициента) по формуле (67.VI)

Формула

Относительный прогиб

Формула

Производим проверку прочности стенки при местном давлении колеса крана по формуле (68.VI). Для этого предварительно вычисляем:

сумму моментов инерции верхнего пояса и рельса КР70 (ГОСТ 4121-52)

Формула

условную длину распределения давления колеса по формуле (69.VI)

Формула

Проверка местной устойчивости стенки. Необходимость постановки ребер жесткости и проверки устойчивости стенки следует из соотношения

Формула

Ребра жесткости располагаем на расстоянии а = 1,5 м и проверку производим для двух отсеков: в середине балки и на опоре.


Определение изгибающих моментов

Определение изгибающих моментов


Производим проверку в среднем отсеке при установке крана по фигуре. Определяем изгибающие моменты в точках с, d и е (смотрите формулу):

Формула

Находим напряжения в среднем (заштрихованном) отсеке:

Формула

Так как значение a/h0 = 1,5/1,168 = 1,28 > 0,95, то проверку стенки производим дважды.

Первая проверка.
По формулам (74.VI), (47.VI), (73.VI) находим критические напряжения:

Формула

где

Формула

Производим проверку устойчивости стенки по формуле (72.VI)

Формула

Вторая проверка. По формулам (51.VI) и (73.VI) находим критические напряжения:

Формула

Производим проверку устойчивости стенки по той же формуле (72.VI)

Формула

Кроме того, стенка проверяется по формуле (54.VI)

 

Формула

Аналогично производим проверку стенки на опоре, в первом отсеке, при установке крана по фигуре.

Результаты этой проверки устойчивости стенки оказываются более благоприятными.

Таким образом, результаты проверки устойчивости стенки показывают, что принятая расстановка ребер жесткости с расстоянием а = 1,5 м удовлетворительна.

Расчет сварных поясных соединений. Принимаем швы толщиной hш = 6 мм.

Проверяем верхний поясной шов по формуле (70.VI)

Формула

Здесь Sn = 35 * 1,6 * 59,2 = 3 320 см.

Проверяем нижний поясной шов

Формула

Расчет опорного ребра. Принимаем сечение опорный, ребер из двух полос 110 X 10; площадь смятия ребер


Расчет опорного ребра

Расчет опорного ребра


 

Формула

Напряжение смятия

Формула

Определяем площадь, радиус инерции и гибкость сечения опорной стойки (заштрихованного на фигуре):

Формула

Гибкость

Формула

Проверяем напряжение в опорной стойке балки по формуле (57.VI)

Формула

«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов

Типы крепления крановых рельсов

В качестве крановых рельсов применяются: обыкновенные железнодорожные рельсы, прямоугольные бруски или рельсы специального профиля КР (крановый рельс) по ГОСТ 4121-48. Выбор типа рельса и его крепления зависит от грузоподъемности, режима работы и от типа ходовых колес крана (цилиндрические или конические). Конические ходовые колеса, которые могут применяться для кранов грузоподъемностью до 50 т, требуют рельсов с…

Горизонтальные тормозные балки

Тормозные балки большей частью выполняются из рифленой стали толщиной 6 — 10 мм, с одним поясом, выполненным из швеллера или уголка. Вторым поясом является верхний пояс подкрановой балки. При пролете балки 12 м и более наружный пояс тормозной балки обычно подвешивают к вышележащим конструкциям; не рекомендуется в этом случае поддерживать его подкосом, присоединенным к нижнему…

Проверка местной устойчивости стенки

Проверку местной устойчивости стенки подкрановых балок необходимо производить так же, как и для обычных балок (Пример 9) в том случае, если гибкость стенки балки, выполненной из стали Ст. 3, h0/δ > 80 (для стали НЛ2 больше 65). Для обеспечения устойчивости стенки в первую очередь устанавливаются основные поперечные ребра жесткости, расстояние между которыми не должно превышать…

Особенности расчета сплошных подкрановых балок

Определение расчетных усилий. Расчет сплошных подкрановых балок производится в основном так же, как и сплошных балок, несущих статическую нагрузку, но с учетом ряда особенностей. Определение расчетных моментов и поперечных сил от крановой нагрузки может производиться либо по линиям влияния от установки двух спаренных кранов (за исключением кранов легкого режима, когда в расчет может вводиться один…

Дополнительные проверки

Подобрав и проверив сечение подкрановой балки на прочность, необходимо произвести следующие расчеты: проверку прогиба балки; проверку прочности стенки при местном смятии от давления колес крана; расчет поясных швов или заклепок, соединяющих пояса балки со стенкой; проверку местной устойчивости стенки балки в соответствии с намеченной расстановкой ребер жесткости. Прогиб балки может быть определен по формуле где…