Определение расчетных сил и усилий

Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса крана, расположенные на концевой балке кранового моста (см. рис. 7.2).

Схема крановой нагрузки приведена на рис. 9.1, а.

Рис. 9.1 К определению расчетных усилий в разрезной подкрановой балке:

а – схема крановой нагрузки от двух кранов; б – невыгоднейшая установка кранов для определения Мmax; в – установка кранов для определения Qmax;

г – схема загружения балки одним краном для определения прогиба

г)

Продолжение рис. 9.1

Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности с тележками, приближенными к одному подкрановому пути. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.

Определение расчетных сил. Расчетные значения вертикальных сил на колесе крана с учетом коэффициента надежности по ответственности γn составляют:

Fk1 = γnk1γfFкn1 = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 450 = 495 кН;

Fk2 = γnk1γfFкn2 = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 480 = 528 кН,

где    k1 – коэффициент динамичности, учитывающий ударный характер нагрузок при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов. Коэффициент динамичности k1 принимается равным:

– при шаге колонн не более 12 м: k1 = 1,2 для групп режима работы мостовых кранов 8К; k1 = 1,1 для групп режимов работы 6К и 7К;

–  при шаге колонн свыше 12 м k1 = 1,1 для группы режима работы 8К;

– в остальных случаях k1 = 1,0;

γf  = 1,1 – коэффициент надежности по нагрузке для крановых нагрузок, принимаемый по .

Нормативное значение горизонтальной силы, возникающей от торможения тележки с подъемным грузом Q = 100 т, при расчете балок для кранов режимов работы 1К – 6К определяется по формуле

Ткn = β(Q + GТ)/no = 0,05 (9,8 ∙100 + 410 ) / 4 = 17,4 кН,

где    β = 0,05 – для кранов с гибким подвесом груза и β = 0,1 – с жестким подвесом груза;

9,8 – коэффициент перехода от массы к весу груза.

При расчетах подкрановых конструкций под краны «особого» режима работы (7К и 8К) учитывают горизонтальную нагрузку, вызываемую перекосами кранов и не параллельностью крановых путей:

Ткn = 0,1Fкn .

Расчетное значение горизонтального усилия на рельсе крана

Тk = γnk2γf Ткn = 1 ∙ 1 ∙ 1,1 ∙ 17,4 = 19,14 кН,

где    k2 – коэффициент динамичности, принимаемый для группы  мостовых кранов режима 8К – k2 = 1,1; в остальных случаях k2 = 1,0.

Определение расчетных усилий. Расчетные момент и поперечная сила от крановой нагрузки определяются по линиям влияния от установки двух спаренных кранов наибольшей грузоподъемности или путем построения эпюр моментов и поперечных сил от грузов при невыгоднейшем загружении подкрановой балки.

Для определения наибольшего изгибающего момента в разрезной балке от заданной системы сил следует установить грузы таким образом, чтобы равнодействующая всех грузов, находящихся на балке, и ближайший к ней груз были равноудалены от середины пролета балки (рис. 9.1, б), при этом наибольший изгибающий момент Мmax будет находиться под грузом, ближайшем к середине пролета балки.

Величина равнодействующей четырех сил, действующих на балку:

R = 4Fк2 = 4 ∙ 528 = 2112 кН.

Положение равнодействующей R

Для определения усилий в балке Мmax и в месте максимального момента соответствующей поперечной силы Q находим опорные реакции:

Fа = R(2,375 + 2,8375) / 12 = 2112 ∙ 5,2125 / 12 = 917,4 кН;

Fb = R – Fа = 2112 – 917,4 = 1194,6 кН.

Определяем максимальный изгибающий момент Мmax в сечении под ближайшим к середине грузом от вертикальной нагрузки:

Мmax = Fа(4,4125 + 0,8) – Fk2 ∙ 0,8 = 917,4 ∙ 5,2125 – 528 ∙ 0,8 = 4359,55 кН∙м.

Поперечная сила в месте Мmax

Q = Fа – Fk2 = 917,4 – 528 = 389,4 кН.

Расчетное значение изгибающего момента Мx и поперечной силы в месте Мmax от вертикальной нагрузки:

Мx = αψМmax = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 4359,55 = 3890,9 кН∙м;

QM = αψQ = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 389,4 = 347,72 кН,

где   α – коэффициент, учитывающий собственный вес подкрановой конструкции и временную нагрузку на тормозной балке, предварительно принимае мый 1,03 для балок пролетом 6 м; 1,05 – пролетом 12 м; 1,08 – пролетом 18 м; 

ψ – коэффициент сочетания нагрузок, учитывающий вероятность совпадения нормативных нагрузок от разных кранов при одновременном их воздействии и принимаемый при учете нагрузок:

– от двух кранов режимов работы 7К и 8К – ψ = 0,95;

– от двух кранов режимов работы 1К – 6К – ψ = 0,85.

При учете одного крана вертикальные и горизонтальные нагрузки принимаются без снижения.

Для определения максимальной поперечной силы на опоре Qmax необходимо установить один из грузов непосредственно над опорой, а остальные расположить как можно ближе к этой же опоре (рис. 9.1, в).

Определяем максимальную поперечную силу от вертикальной нагрузки:

Qmax = F׳a = 12 = 1879,6 кН.

Расчетное значение поперечной силы от вертикальной нагрузки

Qx = αψQmax  = 1,05 ∙ 0,85 ∙ 1879,6 = 1674,5 кН.

Расчетный изгибающий момент Мy и поперечная сила Qy от горизонтальной поперечной нагрузки находятся при том же положении колес кранов. Поэтому при кранах одинаковой грузоподъемности Мy и Qy можно определить из соотношения горизонтальных Тк и вертикальных Fк сил от колеса:

Мy = ψМmax(Тк/Fк) = 0,85 ∙ 4359,55 ∙ (19,4 / 528) = 136,15 кН∙м;

Qy = ψQmax(Тк/Fк) = 0,85 ∙ 1879,6 ∙ (19,4 / 528) = 58,7 кН.

При расчете подкрановых балок условно принимают, что вертикальная нагрузка воспринимается только сечением балки (без учета тормозной конструкции), а горизонтальная – только тормозной балкой.

В качестве тормозных конструкций используются тормозные балки или фермы. Фермы экономичнее по расходу стали, чем балки, но сложнее в изготовлении и монтаже, поэтому при большой ширине тормозных конструкций (расстояние от оси балки до нагруженной грани тормозной конструкции) hТ > 1,25 м применяют фермы, а при hТ  ≤ 1,25 м – балки со стенкой из рифленого листа толщиной 6 – 8 мм. Для крайних рядов колонн поясами тормозной балки являются пояс подкрановой балки и окаймляющий швеллер.

Тормозные балки, используемые как площадки для обслуживания и ремонта подкрановых путей, рассчитываются на временную нагрузку, принимаемую по техническому заданию.

Верхний пояс балки работает как на вертикальную, так и на горизонтальную нагрузки (рис. 9.2).

Рис. 9.2. К расчету подкрановой балки

Проверка сплошной подкрановой балки на прочность (при наличии сплошной тормозной конструкции) производится для верхнего волокна балки в наиболее напряженной точке А по формуле

;

для нижнего волокна балки –

где    Wx,А – момент сопротивления нетто для верхнего пояса балки;

Wx,н – момент сопротивления брутто для нижнего пояса балки;

Wy,А = Iy/xA – момент сопротивления тормозной балки для крайней точки А верхнего пояса относительно вертикальной оси  y-y (при отсутствии тормозной балки – одного только верхнего пояса балки относительно вертикальной оси).