В решетчатых колоннах траверса работает как балка двутаврового сечения, нагруженная усилиями N, M, Dmax и имеющая пролет, равный ширине нижней части колонны bн. Опорами для балки служат ветви колонны. Прочность траверсы проверяется на изгиб и срез по формулам:
; 
,
где hст.тр, tст.тр – высота и толщина стенки траверсы;
Wтр – момент сопротивления сечения траверсы;
Mтр Qтр – изгибающий момент и поперечная сила в траверсе.
Расчет базы колонны.
Для сквозных колонн, как правило, проектируют раздельные базы (под каждую ветвь своя база). Ветви сквозной колонны работают на продольные осевые силы, поэтому их базы рассчитывают и конструируют как базы центрально – сжатых колонн.
Центр плиты совмещают с центром тяжести ветви, в противном случае в ветви колонны появляется, дополнительны момент.
Базу каждой ветви рассчитывают на свою комбинацию M и N, дающую наибольшие усилия сжатия в ветви в нижнем сечении колонны.
Усилия, передающиеся на базы, определяются по формулам
; 
.
При большом изгибающем моменте и небольшой продольной силе в одной из ветвей может возникнуть растягивающее усилие.
Это усилие воспринимается анкерными болтами и определяется по формуле
; 
.
Анкерные болты размещают по осям ветвей.
ГЛАВА 15
ПОДКРАНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ
Общие сведения
Характеристика подкрановых конструкций. Подкрановые конструкции служат для передвижения кранов и воспринимают и передают на каркас здания нагрузки от подъемно-транспортного оборудования. Основным видом такого оборудования являются мостовые опорные и подвесные краны.
Комплекс подкрановых конструкций под мостовые опорные краны (рис.15.1) состоит из подкрановых балок или ферм 1, воспринимающих вертикальные нагрузки от кранов, тормозных балок (ферм) 2, воспринимающих поперечные горизонтальные воздействия, узлов крепления подкрановых конструкций, передающих крановые воздействия на колонны, крановых рельсов 3 с элементами их крепления и связей 4, обеспечивающих жесткость и неизменяемость подкрановых конструкций и упоров.
Рис. 15.1. Схема подкрановых конструкций:
а – схема нагрузок от мостового крана; б – состав подкрановых конструкций по среднему ряду; 1 – подкрановая балка; 2 – тормозная конструкция; 3 – рельс с креплениями; 4 – связи
Основные несущие элементы подкрановых конструкций – подкрановые балки – могут иметь различную конструктивную форму. Наиболее часто применяются сплошные подкрановые балки, как разрезные (рис. 15.2,а), так и неразрезные (рис. 15.2,б).
Рис. 15.2. Типы подкрановых конструкций:
а – разрезные балки; б – неразрезные балки
Подвесные краны (кран-балки) имею, как правило, небольшую грузоподъемность (до 5 т) и перемещаются по путям, прикрепляемым к конструкциям покрытия или перекрытия. Катки крана перемещаются непосредственно по нижним поясам балок путей (рис.15.3).
Рис. 15.3. Подвесное подъемно-транспортное оборудование:
а - тельфер; б – двухопорный кран; в – трехопорный кран; г – опирание катков на балку;
Рис. 15.4. Типы путей подвесных кранов:
а – прокатный двутавр; б – составной двутавр с ездовой полкой из тавра; в – составной двутавр с ездовой полкой из износостойкого тавра; г – перфорированная балка; д – схема путей с подвесками; 1 – подвеска; 2 - распорка
Для ремонта оборудования и для вспомогательных операций здания оборудуются тельферами, перемещающимися по монорельсовым путям из прокатных двутавров. При необходимости обслуживания узких зон помещения вдоль колонн в зданиях устанавливают подвижные консольные краны (рис.15.5).
Рис. 15.5. Схема путей консольного крана
Нагрузки. Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса (катки) крана, расположенные на концевой балке кранового моста. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста могут быть два, четыре и более катка (рис.15.6, а,б).
Рис. 15.6. Схемы нагрузок от мостовых кранов:
а, б – четырех- и восьмиколесного; в – двух сближенных четырех колесных
Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности (рис.15.6, в) с тележками приближенными к одному из рядов колонн, т.е. в положении, при котором на подкрановые конструкции действуют наибольшие вертикальные силы. Одновременно к балке прикладываются и максимальные поперечные горизонтальные усилия.
Расчетные значения вертикальных и горизонтальных сил определяют по формулам:
; 
, где
k – коэффициент динамичности, учитывающий ударный характер нагрузки при движении крана по неровностям пути и на стыках рельсов и принимаемый по таблице 15.1 в зависимости от режима работы крана и пролета подкрановых балок;
– коэффициент надежности по нагрузке;
максимальное усилие на катке крана (принимают по стандартам на краны);
определяют по формуле:
Таблица 15.1
Значения коэффициента динамичности
| Режим работы кранов | Шаг колонн | k1 | k2 |
| 1К-5К 6К-7К 8К | Независимо от В ≤12 >12 ≤12 >12 | 1,0 1,1 1,0 1,2 1,1 | 1,0 1,0 1,0 1,1 1,1 |
Проверку жесткости подкрановых балок выполняют на нагрузку от одного крана с коэффициентом надежности по нагрузке 
и без учета коэффициента динамичности.
Тормозные балки, используемые как площадки для обслуживания и ремонта крановых путей, рассчитывают на временную нагрузку, принимаемую по техническому заданию (обычно 1,5кН/м2).
Собственную массу подкрановых конструкций принимают по справочным данным.
Особенности действительной работы подкрановых конструкций. Работа подкрановых конструкций в условиях эксплуатации весьма сложна и существенно отличается от работы обычных балочных конструкций, что обусловлено спецификой нагрузок, характером их приложения и сложностью взаимодействия кранов с подкрановыми конструкциями.
Сосредоточенная вертикальная крановая нагрузка, достигающая больших значений (до 600-800кН), прикладывается в любой точке по длине балки и приводит к появлению в стенке сложного напряженного состояния при высоком уровне напряжений.
Вследствие внецентренного приложения вертикальной нагрузки (при случайных смещениях рельса с оси подкрановой балки) и поперечных горизонтальных сил, приложенных в уровне головки рельса, на верхний пояс балки действует дополнительный крутящий момент, вызывающий изгиб стенки. Вертикальные и боковые воздействия кранов носят динамический характер и часто сопровождаются рывками и ударами. Этому способствуют неровности кранового пути и перепады в стыках рельсов. Всё это приводит к появлению в подкрановых конструкциях повреждений в виде усталостных трещин, расстройства соединений и ослабления узлов и нарушает нормальную эксплуатацию.
Основными повреждениями подкрановых балок являются трещины в верхнем поясном шве и околошовной зоне, повреждения швов крепления тормозных конструкций к подкрановым балкам, повреждения элементов узлов крепления балок к колоннам. Преждевременному появлению повреждений способствуют дефекты изготовления и монтажа конструкций: низкое качество сварки, неточный монтаж, смещения рельса с оси подкрановой балки и т.д.
В наиболее тяжелых условиях работают подкрановые конструкции в зданиях, где эксплуатируются краны особого режима работы. Они отличаются высоким уровнем силовых воздействий и большим числом циклов загружения (2∙106 циклов в год и более).
Нормы проектирования относят подкрановые конструкции к первой группе конструкций и регламентируют ряд специфических требований, которые необходимо учитывать при их проектировании. К мероприятиям, повышающим долговечность подкрановых конструкций, относятся: 1) разработка конструктивных решений, отвечающих действительным условиям работы подкрановых конструкций; 2) максимальное снижение концентрации напряжений; 3) использование сталей, обладающих повышенной вибрационной прочностью; 4) повышение качества изготовления и монтажа; 5) обеспечение постоянного надзора за состоянием подкрановых конструкций и своевременное устранение повреждений.
Сплошные подкрановые балки
Конструктивные решения. Типы сечений подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и режима работы кранов. При пролете 6м и кранах грузоподъемностью до 50т обычного режима работы применяют прокатные двутавры, усиленные для восприятия горизонтальных сил листом или уголками (рис.15.7, а), либо сварные двутавры несимметричного сечения (рис.15.7, б). Для больших пролетов и грузоподъемностей кранов применяют сварные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией (рис.15.7, в). При кранах грузоподъемностью до 50т рациональны балки составного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой-вставкой (рис.15.7, г). Такое решение на 20-30% снижает трудоемкость изготовления, а при использовании тонких стенок-вставок позволяет получить экономию стали до 3-4%.
Рис. 15.7. Типы сечений сплошных подкрановых балок
а – подкрановые двутавры; б – несимметричный составной двутавр; в – симметричный составной двутавр с тормозной конструкцией; г – составное сечение с поясами из тавров; д – двутавр с усиленным верхним поясом; е – двустенчатое сечение; ж – сечение со сменной верхней частью; з – клепаное сечение
Для снижения расхода стали сварные балки иногда проектируют из двух марок стали, стенку – из низкоуглеродистой, пояса – из низколегированной.
Высокая интенсивность работы кранов особого режима часто приводит к появлению повреждений в верхней зоне стенки подкрановых балок. В таких балках для снижения уровня местных напряжений в стенке, возникающих от внецентренного приложения крановой нагрузки, целесообразно увеличить крутильную жесткость верхнего пояса путем постановки вертикальных или наклонных элементов (ламелей) (рис.15.7, д) или использовать двустенчатые сечения (рис.15.7, е). Применение под краны особого режима работы балок из широкополочных тавров (рис.15.7, г) также позволяет повысить их долговечность, поскольку в этом случае сварной шов, являющийся концентратором напряжений и источником остаточных сварочных напряжений, переносится в менее напряженную зону стенки.
Повышенной долговечностью отличается также решение подкрановых балок со сменной верхней частью из широкополочного двутавра, прикрепляемой на высокопрочных болтах, разработанное в Новосибирском инженерно-строительном институте (рис.15.7, ж).
Рис. 15.8. Тормозные балки
а, б и в – по крайним рядам; г и д – по средним рядам; 1 – листовой шарнир; 2 – ребро жесткости; 3 – вспомогательная ферма; 4 – связевая ферма
При пролете балок до 12м и кранах режимов работы 1К – 6К грузоподъемностью до 50т для восприятия горизонтальных поперечных сил достаточно развить сечение верхнего пояса (рис.15.7, а, б). При больших пролетах балок и для кранов грузоподъемностью 50т и больше устанавливают специальные тормозные конструкции – тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 6 – 8 мм (рис.15.8, а).
Для крайних рядов поясами тормозной балки являются верхний пояс подкрановой балки и окаймляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. При пролете балок 12м наружный пояс крепится к стойке фахверка. Для того чтобы горизонтальные смещения балок не передавались на стену здания, это крепление выполняется с помощью листового шарнира (рис.15.8, а). По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса балок смежных пролетов (рис.15.8, г, д).
Расчет подкрановых балок. Расчет подкрановых балок во многом аналогичен расчету обычных балок. Однако он имеет особенности, обусловленные подвижной нагрузкой, вызывающей большие местные напряжения под катками крана, воздействием не только вертикальных, но и горизонтальных сил, динамичностью нагрузки и многократностью её приложения.
Рис. 15.9. Расчетные схемы к определению расчетных усилий в разрезных подкрановых балках:
а – наибольший изгибающий момент; б – наибольшая поперечная сила
Расчетные усилия. Наибольшие изгибающие моменты и поперечные силы в подкрановых балках находят от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности. Так как нагрузка подвижная, то сначала нужно найти такое её положение, при котором расчетные усилия в балке будут наибольшими.
Наибольший изгибающий момент в разрезной балке от заданной системы сил возникает тогда, когда равнодействующая всех сил, находящихся на балке, и ближайшая к ней сила равноудалены от середины пролета балки (рис.15.9, а); при этом наибольший изгибающий момент Mmax будет находиться под силой, ближайшей к середине пролета балки (правило Винклера).
Поскольку сечение с наибольшим моментом расположено близко к середине пролета балки, значение Mmax можно определить, пользуясь линией влияния момента в середине пролета. Погрешность не превышает 1 – 2%.
Наибольшая поперечная сила Qmax в разрезной балке будет при таком положении нагрузки, когда одна из сил находится непосредственно у опоры, а остальные расположены как можно ближе к этой же опоре (рис.15.9, б).
Расчетные значения изгибающего момента и поперечной силы от вертикальной нагрузки определяют по формулам:
; 
, где 
– коэффициент сочетания; 
– ординаты линий влияния момента и поперечной силы; значения коэффициента 
, учитывающего влияние массы балки.
Расчетный изгибающий момент Му и поперечную силу Qy от горизонтальной поперечной нагрузки находят при том же положении кранов:
; 
Проверка прочности подкрановых балок. Под действием вертикальных и горизонтальных крановых нагрузок подкрановая балка и тормозная конструкция работают как единый тонкостенный стержень на косой изгиб с кручением (рис.15.10, а).
Так как линия действия усилий проходит вблизи центра изгиба, влияние кручения невелико, поэтому при расчете балок условно принимается, что вертикальная нагрузка воспринимается только сечением подкрановой балки (без учета тормозной конструкции), а горизонтальная – только тормозной балкой, в состав которой входят верхний пояс подкрановой балки, тормозной лист и окаймляющий его элемент (или верхний пояс смежной подкрановой балки). Таким образом, верхний пояс балки работает как на вертикальную, так и на горизонтальную нагрузку, и максимальные напряжения в точке А (рис.15.10, б) можно определить по формуле:
;
соответственно в нижнем поясе
;
, где 
– момент сопротивления верхнего пояса; 
– то же, нижнего пояса; 
– момент сопротивления тормозной балки для крайней точки верхнего пояса (точка А).
Рис. 15.10. Расчетные схемы подкрановых балок:
а – сечение балки и эпюра нормальных напряжений в тонкостенном стержне; б – эпюра напряжений в условной расчетной схеме
Касательные напряжения в стенке подкрановых балок определяют так же, как и в обычных балках.
Рис. 15.11. Местные напряжения в стенке подкрановых балок под колесом крана: а – в сварной балке
Действующая на балку сосредоточенная нагрузка от колеса крана распределяется рельсом и поясом на некоторый участок стенки, и в ней возникают местные нормальные напряжения (рис.15.11). Действительная эпюра распределения этих напряжений (пунктирная линия) заменяется равновеликой (сплошная линия) из условия равенства и максимальных значений. Прочность стенки на действие максимальных местных напряжений проверяют по формуле:
, где Fk – расчетная нагрузка на колесе крана без учета динамичности; 
– коэффициент увеличения нагрузки на колесе, учитывающий возможное перераспределение усилий между колесами и динамический характер нагрузки, принимается равным: 1,6 – при кранах режима 8К с жестким подвесом груза; 1,4 – при кранах 8К с гибким подвесом груза; 1,3 – при кранах 7К; 1,1 – при прочих кранах; tw – толщина стенки; 
- условная (расчетная) длина распределения усилия 
, зависит от жесткости пояса, рельса и сопряжения пояса со стенкой и определяется по формуле:
, где 
– коэффициент, учитывающий степень податливости сопряжения пояса и стенки; для сварных балок 
3,25 , для клепаных 3,75; 
– сумма собственных моментов инерции пояса и кранового рельса или общий момент инерции в случае приварки рельса швами, обеспечивающими совместную работу рельса и пояса.
Стенку сварной подкрановой балки следует проверить также на совместное действие нормальных, касательных и местных напряжений на уровне верхних поясных швов по формуле:
, где 
– коэффициент, равный 1,15 при расчете разрезных балок и 1,3 – при расчете сечений на опорах неразрезных балок.
Расчет на выносливость выполняют для подкрановых балок при числе циклов загружения 
на нагрузку от одного крана с пониженным нормативным значением. В разрезных подкрановых балках из сталей обычной или повышенной прочности при коэффициенте асимметрии цикла 
усталостная прочность сечения, как правило, обеспечена.
Расчет на выносливость выполняют по формуле:
, где 
– напряжения в поясе от вертикальной крановой нагрузки; 
– коэффициент, учитывающий число циклов загружения; Rv – расчетное сопротивление усталости, принимаемое в зависимости от временного сопротивления стали и конструктивного решения; 
– коэффициент, зависящий от вида напряженного состояния и коэффициента асимметрии ρ.
Значения Rv, 
и 
определяют по СНиП.
Проверка прогиба подкрановых балок. Производится по правилам строительной механики или приближенным способом от одного крана без учета коэффициента динамичности. С достаточной точностью прогиб разрезных подкрановых балок может быть определен по формуле:
, где 
– изгибающий момент в балке от нагрузки одного крана с 
=1,0.
Предельно допустимый прогиб подкрановых балок установлен из условия обеспечения нормальной эксплуатации кранов и зависит от режима их работы. Для режимов работы 1К–6К [f]=(1/400)l, 7К– (1/500)l, 8К– (1/600)l.
Общую устойчивость подкрановых балок проверяют так же, как обычных балок. При наличии тормозных конструкций общая устойчивость балки, как правило, обеспечена и не требует проверки.
Проверка местной устойчивости элементов подкрановых балок. Местная устойчивость элементов подкрановой балки проверяется так же, как и обычных балок. Устойчивость поясного листа обеспечивается отношением свеса сжатого пояса к его толщине. Наибольшее отношение свеса к толщине принимается без учета пластических деформаций по формуле:
Устойчивость стенки подкрановой балки проверяется с учетом местных нормальных напряжений 
по формуле:
, где 
, 
– краевое сжимающее и среднее касательное напряжения в стенке; 
– определяется по формуле; 
, 
, 
– критические напряжения; 
=1,0 – коэффициент условий работы.
Ребра жесткости, обеспечивающие местную устойчивость стенки, должны иметь ширину не менее 90 мм. Двусторонние ребра жесткости согласно нормам не должны привариваться к нижним поясам балок. Торцы ребер следует плотно пригнать к верхнему поясу, при этом в балках под краны особого режима работы торцы ребер необходимо строгать.
Подбор сечения подкрановых балок. Подбор сечения подкрановых балок выполняют в том же порядке, что и обычных балок. Из условия общей прочности определяют требуемый момент сопротивления. Влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжение в верхнем поясе подкрановых балок можно учесть коэффициентом β, тогда формула примет вид:
,
Значение коэффициента β определяют из выражения
Ширину сечения тормозной конструкции hт при компоновке рамы принимают примерно равной hн; высоту балки задают в пределах (1/8 – 1/10)l (большие значения принимают при большей грузоподъемности крана).
Вычисляем требуемый момент сопротивления:
Оптимальную высоту балки и толщину стенки устанавливают аналогично расчету простых балок.
При определении минимальной высоты необходимо учесть, что жесткость подкрановых балок проверяется на нагрузку от одного крана, поэтому предварительно (по линии влияния или по правилу Винклера) находят максимальный момент от загружения балки одним краном Mx при коэффициенте 
=1,0.
Из условия полного использования материала балки при загружении расчетной нагрузкой hmin определяют по формуле:
, где [ f/ l ] – максимальный регламентируемый нормами прогиб подкрановых конструкций.
Окончательную высоту балки устанавливают с учетом ширины листов (с припуском для строжки кромок) или в целях унификации конструкций принимают кратной 100мм. Определив требуемую площадь полки, назначают её размеры из условий местной устойчивости при упругой работе 
и возможности размещения рельса с креплениями.
После компоновки проводят все проверки принятого сечения.
Дата: 2018-11-18, просмотров: 1586.
