Прикрепление подкрановой консоли к колонне

Подкрановые балки под мостовые опорные краны опираются на колонны постоянного сечения через консоли из сварного двутавра (одностенчатые консоли) или двух швеллеров (двустенчатые консоли).

Консоль рассчитывается на давление F, приложенное с эксцентриситетом е, от двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках.

Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М = Fе и перерезывающую силу Q = F.

Швы прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакции, найденные как в одноконсольной балке:

F1 = Fе/h; F2 = F(h + е)/h.

Пример 8.6. Проверить прочность сварного соединения одностенчатой консоли с колонной. Сталь класса С255. Сварка механизированная в среде СО2 сварочной проволокой марки Св-08Г2С диаметром 1,4 мм. Катет шва    kf  = 8 мм. К консоли приложена расчетная сосредоточенная сила F = 800 кН с эксцентриситетом (расстоянием от оси подкрановой балки до грани колонны) е = 350 мм. Размеры сечения консоли показаны на рис. 8.15.

Материал конструкций – сталь класса С255, имеющая расчетное сопротивление Ry = 24 кН/см2 при толщине свариваемых элементов от 10 до  20 мм (см. табл. 2.3);

Сварка механизированная с использованием проволоки Св-08Г2С       по ГОСТ 2246-70*. Расчетные сопротивления сварных соединений при расчете: по металлу шва Rwf  = 21,5 кН/см2; по металлу границы сплавления   Rwz = 16,65 кН/см2 Коэффициенты проплавления, принимаемые для механизированной сварки при диаметре сварочной проволоки 1,4 мм и катетах швов       8 мм по табл. 3.4 равными βf  = 0,9 и βz = 1,05. Коэффициенты условий работы соединения γwf  = γwz = 1,0, конструкции γс = 1,0.

Сравниваем:

βfRwf  = 0,9 ∙ 21,5 = 19,35 кН/см2 > βzRwz = 1,05 ∙ 16,65 = 17,48 кН/см2,

следовательно, сварные швы рассчитываем по металлу границы сплавления.

В месте прикрепления консоли действуют:

– изгибающий момент М = Fе = 800 ∙ 0,35 = 280 кН∙м;

– поперечная сила Q = F = 800 кН.

Рис. 8.15. Одностенчатая подкрановая консоль:

а – прикрепление консоли; б – геометрические характеристики сечения;

в – расчетные длины швов; г – эпюры напряжений в шве

Определяем геометрические характеристики сечения сварных швов в месте прикрепления консоли к колонне с учетом дефектов швов в начале и конце сварки 10 мм (рис. 8.15, в):

– суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих один пояс:

∑l w,n  = (bf  – 1) + =

= (25 – 1) + = 45,4 cм;

– площадь сварного шва у пояса

Aw,n = βf kf ∑lw,n = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 45,4 = 38,14 см2;

– суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих стенку,

∑lw,ст = 2(hw – 1) = 78 см;

– площадь сварного шва у стенки

Aw,ст = βzkf ∑lw,cт  = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 78 = 65,52 см2;

– общая площадь всех сварных швов

Aw = Aw,ст + 2Aw,n = 65,52 + 2 ∙ 38,14 =141,8 см2;

– момент инерции всех сварных швов относительно оси х-х

Iw = / 12 + 2 =

= / 12 +  2 · = 40989,9 см4;

– момент сопротивления швов

Ww = 2Jw /h = 2 ∙ 40989,9 / 42,8 = 1915,42 см3.

Срезающее напряжение в шве от М

τw,М = М/Ww = 28000 / 1915,42 = 14,62 кН/см2.

Срезающее напряжение в шве от Q

τw,Q = Q/Aw = 800 / 141,8 = 5,64 кН/см2.

Проверяем прочность сварного шва:

Прочность соединения консоли с колонной обеспечена.

Проверку напряжений в опорном сечении одностенчатой консоли допускается производить в предположении, что изгибающий момент воспринимается только полками, а поперечная сила – стенкой.

В этом случае угловые швы, прикрепляющие полки консоли, рассчитываются на усилие в полке:

Н = М/hf  = 28000 / 41,4 = 676,33 кН,

где    hf = h –  tf  = 42,8 – 1,4 = 41,4 см.

Проверяем прочность соединения:

Прочность соединения при катете шва kf  = 8 мм не обеспечена.

Определяем требуемый катет шва

kf = Н/(βzlw,nRwzγwzγc) = 676,33 / 1,05 ∙ 45,4 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1 = 0,85 мм.

Принимаем катет шва, прикрепляющего пояса к колонне, kf  = 9 мм.

Проверяем прочность сварных швов у стенки:

Условие выполняется.

Пример 8.7. Рассчитать прикрепление консоли из двух швеллеров (рис. 8.16). Сталь класса С255. Сварка механизированная (условия сварки – по данным примера 8.6). К консоли приложена расчетная сила F = 600 кН с эксцентриситетом е = 350 мм.

Определяем изгибающий момент в основании консоли:

М = Fе = 600 ∙ 0,35 = 210 кН∙м.

Из условия прочности работы консоли на изгиб находим требуемый момент сопротивления одного швеллера:

Wx, min = M/(2Ryγc) = 21000 / (2 ∙ 24 ∙ 1) = 437,5 см3,

где    Ry = 24 кН/см2  – расчетное  сопротивление  стали  С255  при толщине

фасонного проката свыше 10 мм (за толщину фасонного проката принимается толщина полки швеллера).

Рис. 8.16. Двустенчатая подкрановая консоль

По сортаменту ГОСТ 8240-93 принимаем ближайший номер швеллера

[40, имеющего Wx = 761 cм3 > Wx, min = 437,5 см3, толщину стенки d = 8 мм, толщину пояса t = 13,5 мм.

Определяем усилия:

F1 = Fе/h = 600 ∙ 0,35 / 0,4 = 525 кН;

F2 = F(h + е)/h = 600 (0,4 + 0,35) / 0,4 = 1125 кН.

Катет шва для прикрепления консоли к наружной ветви колонны

kf1 = F1/(2βzlw1 Rwzγwzγc) = 525 / (2 ∙ 1,05 ∙ 39 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,39 cм,

где    lw1 = l w2 = h – 1 = 40 – 1 = 39 см –  расчетная длина одного шва.

Принимаем сварной шов с катетом kf  = 5 мм, что менее d = 8 мм и более kf,min  = 4 мм при механизированной сварке более толстого из свариваемых листов от 6 до 10 мм (см. табл. 3.5).

Катет шва для прикрепления консоли к внутренней ветви колонны

kf2 = F2/(2βz lw2  Rwzγwzγc) = 1125 / (2 ∙ 1,05 ∙ 39 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,83 см.

Принимаем шов с катетом kf  = 9 мм < kf,max = 1,2d = 1,2 ∙ 8 = 9,6 мм.

Прочность соединения консоли с колонной обеспечена.