Руководство по проектированию подкрановых балок

Руководство по проектированию стальных подкрановых конструкций. ЦНИИПРОЕКТСТАЛЬКОНСТРУКЦИЯ, МОСКВА 1976 год

2.6.5.
Расчет подкрановых балок

Расчет
подкрановых балок во многом аналогичен
расчету обычных балок. Однако подвижная
нагрузка, вызывающая большие местные
напряжения под катками крана, воздействие
не только вертикальных, но и горизонтальных
боковых сил, динамичность нагрузки и
многократность ее приложения приводят
к тому, что расчет подкрановых балок
имеет особенности.

Общие
положения по расчету балок рассмотрены
в гл. 5 [1]. Ниже показаны особенности
расчета подкрановых балок, связанные
со спецификой их работы.

Расчетные
усилия (наибольшие
изгибающие моменты и поперечные силы)
в подкрановых балках находят от нагрузки
двух сближенных кранов наибольшей
грузоподъемности. Так как нагрузка
подвижная, то сначала нужно найти такое
положение ее, при котором расчетные
усилия в балки будут наибольшими.
Наибольший изгибающий момент в разрезной
балке от заданной системы сил возникает,
когда равнодействующая всех сил,
находящихся на балке, и ближайшая к ней
сила равно удалены от середины пролета
балки (рис. 2.65, а);
при этом наибольший изгибающий
момент М_mах будет
находиться под силой, ближайшей к
середине пролета балки (правило Винклера).

172

 
Рис.
2.65. К определению расчетных усилий в
разрезных подкрановых балках:
a —
наибольший изгибающий момент; б —
наибольшая поперечная сила

Поскольку
сечение с наибольшим моментом расположено
близко к середине пролета балки,
значение М_mах можно
определить, пользуясь линией влияния
момента в середине пролета. Погрешность
не превышает 1…2%.

Наибольшая
поперечная сила Q_max 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. 2.65, б).

В
неразрезных балках наибольшие усилия
определяют загруженном линий влияния,
построенных для опорных и промежуточных
сечений.

Расчетные
значения изгибающего момента и поперечной
силы от вертикальной нагрузки определяют
по формулам:

M_x =
αψ ∑ F_ki y_i,
M; Q_x =
αψ ∑ F_ki y_i,
Q, (2.60)

где
ψ — коэффициент сочетания (см. п.2.6.2); y_i,
M и y_i,
Q —
ординаты линий влияния момента и
поперечной силы; а — коэффициент,
учитывающий влияние веса балки (см.
п.2.6.2).

Расчетный
изгибающий момент М_у и
поперечную силу Q_y от
горизонтальной поперечной нагрузки
находят при том же положении кранов

M_y =
ψ ∑ T_ki y_i,
M; Q_y =
αψ ∑ T_ki y_i,
Q, (2.61)

При
расчете балок условно принимают, 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).

173

Таким
образом, верхний пояс балки работает
как на вертикальную, так и на горизонтальную
нагрузку, и максимальные напряжения в
точке А (рис. 2.66) можно определить по
формуле:

σ_A = 

Mx

Wx, A

 
+ 

My

Wy, A

 
≤ R_yγ_c, (2.62)

соответственно
в нижнем поясе

σ
= 

Mx

Wx

 
≤ R_yγ_c, (2.63)

где W_x,
A —
момент сопротивления верхнего пояса; W_x —
то же, нижнего пояса; W_y,
A = I_y / x_A —
момент сопротивления тормозной балки
для крайней точки верхнего пояса (точка
А), при отсутствии тормозных конструкций
момент сопротивления верхнего пояса
относительно вертикальной оси.

 
Рис.
2.66. К расчету подкрановых балок

Подбор
сечений 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 и
представить формулу (2.62) в виде:

σ_x = 

Mxβ

Wx

 
≤ R_yγ_c. (2.64)

Коэффициент
β

β
= 1 + 

MyWx

MxWy

 
≈ 1
+ 2 

Myhb

Mxht

 
. (2.65)

Ширину
сечения тормозной конструкции h_t при
компоновке рамы принимают h_t ≈ h_n;
высоту балки h_b задают
в пределах (1/6…1/10)l(большие
значения принимают при большей
грузоподъемности крана).

Из
формулы (2.64) определяем требуемый момент
сопротивления W_x,req = 

Mxβ

Ryγc

  .

174

Оптимальную
высоту балки и толщину стенки устанавливаем
аналогично изложенному в гл. 5 [1].

При
определении минимальной высоты необходимо
учесть, что жесткость подкрановых балок
проверяют на нагрузку от одного крана,
поэтому предварительно (по линии влияния
или по правилу Винклера) находят
максимальный момент от загружения балки
одним краномМ_xn при
коэффициенте γ_f =
1,0.

Из
условия полного использования материала
балки при загружении расчетной
нагрузкой h_min определяют
по формуле:

 (2.66)

где f/l —
максимальный относительный регламентируемый
нормами прогиб подкрановых конструкций.

Окончательно
высоту балки принимают с учетом ширины
листов (с припуском для строжки кромок)
или в целях унификации конструкций —
кратно 100 мм. Определив требуемую площадь
полки, назначают ее размеры из условий
местной устойчивости при упругой работе
и возможности размещения рельса с
креплениями.

После
компоновки проводят все проверки
принятого сечения.

Если
тормозная конструкция выполнена в виде
фермы, то верхний пояс балки помимо
напряжения от изгиба в вертикальной
плоскости воспринимает осевое
усилие N_x = М_у / h_f (h_f —
высота тормозной фермы) от работы его
в составе фермы и местный моментM_loc,y =
0,9 

Tkd

4

  (d —
расстояние между узлами тормозной
фермы, см. рис. 2.64) от внеузлового
приложения сил T_k (коэффициент
0,9 учитывает неразрезность пояса в
узлах). Устойчивость верхнего пояса из
плоскости балки можно проверить по
приближенной формуле:

 (2.67)

где W_x,A —
момент сопротивления балки; W_y,A —
момент сопротивления пояса относительно
вертикальной оси; A_f —
площадь сечения пояса. Все геометрические
характеристики принимают без учета
ослабления сечения. Значение коэффициента
φ определяют по гибкости верхнего пояса
относительно вертикальной оси балки
при расчетной длине пояса, равной d.

175

 
Рис.
2.67. Местные напряжения в стенке подкрановой
балки под колесом крана:
а —
в сварной балке; б —
в клепаной балке

Если
сечение пояса сильно ослаблено
отверстиями, то решающей будет проверка
прочности, выполняемая по формуле
(2.67), но при φ = 1 и геометрических
характеристиках нетто.

Касательные
напряжения в стенке подкрановых балок
определяют так же, как и в обычных балках
[1].

Действующая
на балку сосредоточенная нагрузка от
колеса крана распределяется рельсом и
поясом на некоторый участок стенки, и
в ней возникают местные нормальные
напряжения σ_loc,y (рис.
2.67). Действительную эпюру распределения
этих напряжений (пунктирная линия) можно
заменить равновеликой (сплошная линия)
из условия равенства их максимальных
значений. Прочность стенки на действие
максимальных местных напряжений
проверяют по формуле:

σ_loc,y = 

γf1Fk

twlef

 
≤ R_yγ_c, (2.68)

где F_k —
расчетная нагрузка на колесе крана без
учета динамичности; γ_f1 —
коэффициент увеличения нагрузки на
колесе, учитывающий возможное
перераспределение усилий между колесами
и динамический характер нагрузки, его
принимают 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; t_w —
толщина стенки; l_ef —
условная расчетная длина распределения
усилия F*, зависящая от жесткости пояса,
рельса и сопряжения пояса со стенкой

l_ef =
c ³√

I1f

tw

  , (2.69)

176

где с —
коэффициент, учитывающий степень
податливости сопряжения пояса и стенки,
для сварных балок с =
3,25, клепаных — 3,75; I_1f —
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 (5.87) [1].

 
Рис.
2.68. Кручение верхнего пояса балки и
изгиб стенки

Как
отмечалось в п. 2.6.3, внецентренное
расположение рельса на балке, а также
воздействие горизонтальной поперечной
силы, приложенной к головке рельса (рис.
2.68), приводит к возникновению местного
крутящего момента M_t,
приложенного к верхнему поясу балки и
вызывающего дополнительные напряжения
от изгиба в стенке σ_fy:

σ_fy = 

2Mttw

If

 
, (2.70)

где I_f = I_t + 

bftf3

3

  рельса
и пояса;

M_t =
γ_f γ_f1 F_kne +
0,75T_kn γ_f h_r, (2.71)

е =
15 мм — условный эксцентриситет рельса; h_r —
высота рельса; коэффициент 0,75 учитывает
большую длину распределения крутящего
момента по длине балки от силы T_k,
чем от силы F_k.

Помимо
напряжений σ_x,
τ_xy,
σ_loc,y и
σ_fy,
в стенке балки возникают дополнительные
компоненты напряженного состояния:
σ_loc,x =
0,25σ_loc,y —
напряжения от распорного воздействия
сосредоточенной силы под колесом крана;
τ_loc,xy =
0,3σ_loc,y —
местные касательные напряжения от
силы F_k и
τ_f,xy =
0,25σ_fy —
местные касательные напряжения от
изгиба стенки.

При
проверке прочности стенок подкрановых
балок под краны особого режима работы
следует учитывать все компоненты
напряженного состояния и проводить
расчет по формулам:

177

σ_x0 =
σ_x +
σ_loc,x ≤ R_yγ_c;
σ_y0 =
σ_loc,y +
σ_fy ≤ R_yγ_c;
τ_xy0 =
τ_xy +
τ_loc,xy +
τ_f,xy ≤ R_yγ_c;
σ_ef = √σ_x0² +
σ_x0 σ_loc,y +
σ_loc,y² +
3(τ_xy +
τ_loc,xy)² ≤ R_yβ, (2.72)

где
σ_x0,
σ_y0,
τ_xy0
— суммарные напряжения.

Расчет
подкрановых балок на выносливость
выполняют в соответствии с [7] при числе
циклов загружения n =
10⁵ на
нагрузку от одного крана с коэффициентом
надежности по нагрузке γ_f <
1 (см. п. 2.6.2), по формуле:

σx ≤
αR_vγ_v, (2.73)

где
σ_x = М_х / W_x —
напряжение в поясе от вертикальной
крановой нагрузки; R_v —
расчетное сопротивление усталости,
принимаемое в зависимости от временного
сопротивления стали и конструктивного
решения; α — коэффициент, учитывающий
число циклов загружения; γ_v —
коэффициент, зависящий от вида напряженного
состояния и коэффициента асимметрии
ρ.

Значения R_v,
α, γ_v и
приведены в нормах [7].

Большое
влияние на усталостную прочность балок
оказывает конструктивное решение
элементов и связанная с этим концентрация
напряжений. Так, при наличии в растянутом
поясе стыкового шва R_v уменьшается
на 20…25 %, а в случае приварки ребер
жесткости к поясу на 40…45 %.

Необходимо
отметить также, что с ростом прочности
стали расчетное сопротивление
усталости R_v почти
не увеличивается, а при наличии
концентраторов напряжений (необработанные
стыковые швы, приварка к поясу
дополнительных деталей и т.д.) R_v вообще
не зависит от прочности стали (см. табл.
32 [7]). Поэтому, если несущая способность
балок определяется расчетом на
выносливость, то применение сталей
повышенной прочности далеко не всегда
рационально, так как не приводит к
снижению расхода стали.

Для
подкрановых балок с кранами особого
режима работы следует дополнительно
проверить на выносливость верхнюю зону
стенки с учетом компонентов местного
напряженного состояния [7].

Существующая
методика расчета подкрановых балок на
выносливость достаточно условна и не
отражает всех особенностей действительной
работы подкрановых конструкций. Поэтому
основным мероприятием

178

по
повышению усталостной прочности является
максимальное снижение концентрации
напряжений.

Проверку
прогиба подкрановых
балок производят по правилам строительной
механики или приближенным способом. С
достаточной точностью прогиб разрезных
подкрановых балок может быть определен
по формуле:

f = 

Mxnl2

10EIx

 
, (2.74)

где М_хп —
изгибающий момент в балке от нагрузки
одного крана с γ_f =
1,0;

в
неразрезных балках

 (2.75)

где M₁ , М_т и М_r —
соответственно моменты на левой опоре,
в середине пролета и на правой опоре.

Предельно
допустимый прогиб подкрановых балок
установлен из условия обеспечения
нормальной эксплуатации кранов и зависит
от режима их работы. Для режима работы
1К — 6К f =
1/400 l,
7K = 1/500 l,
8К — 1/600 l.
Горизонтальный прогиб тормозных
конструкций ограничивают только для
кранов особого режима работы, он не
должен превышать 1/2000 l.

Общая
устойчивость подкрановых балок. Подкрановые
балки работают на изгиб в двух плоскостях,
при этом горизонтальная нагрузка
приложена в уровне верхнего пояса.
Согласно рекомендациям П. 5.25 [8], проверку
устойчивости таких балок можно выполнить
по формуле

Mx

φbWx,A

 
+ 

My

Wy,A

 
≤ R_yγ_c. (2.76)

Коэффициент
φ_b определяют
так же, как и для обычных балок (с. 226
[1]). Приближенно, с некоторым запасом,
устойчивость балки можно проверить,
если рассмотреть верхний пояс как
сжато-изогнутый стержень, нагруженный
силой N =
σ_хА_f,
где σ_х = М_х / W_x,A —
напряжение в верхнем поясе от вертикальной
нагрузки и моментом М_у.
Тогда расчет балки на общую устойчивость
сводится к проверке устойчивости
верхнего пояса относительно вертикальной
оси по формуле (6.85) [1].

При
наличии тормозной конструкции,
если h_t ≥ l_b/16,
устойчивость балки обеспечена и ее
проверять не нужно.

179

Местную
устойчивость элементов подкрановой
балки проверяют
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.

Устойчивость
стенки подкрановой балки проверяют в
соответствии с п. 5.4.5 [1] с учетом местных
нормальных напряжений σ_loc,y.

Ребра
жесткости, обеспечивающие местную
устойчивость стенки, должны иметь ширину
не менее 90 мм. Торцы ребер следует плотно
пригнать к верхнему поясу без приварки;
при этом в балках под краны особого
режима работы торцы ребер необходимо
строгать.

Для
подкрановых балок более рациональны
ребра жесткости из уголков, привариваемых
пером к стенке балки. Такие ребра улучшают
условия опирания верхнего пояса и
снижают угол его поворота.

Размеры
ребер жесткости принимаются такими же,
как и в обычных балках.

Расчет
соединений поясов подкрановых балок
со стенкой выполняют
согласно указаниям п.5.4.6. [1]. Поясные швы
или заклепки крепления верхнего пояса
и стенки помимо продольного сдвигающего
усилия, возникающего от изгиба балки,
воспринимают сосредоточенное усилие
от колеса крана (см. рис. 2.12).

Требуемая
из условий прочности высота шва может
быть определена по формуле:

 (2.77)

Нижние
поясные швы не воспринимают усилия от
колеса крана, и их рассчитывают только
на касательные напряжения от поперечной
силы.

В
подкрановых балках под краны режимов
работы 7К и 8К верхние поясные швы
необходимо выполнять с полным проплавлением
на всю толщину стенки. В этом случае швы
считаются равнопрочными со стенкой и
их можно не рассчитывать.

Для
повышения качества шва, снижения
концентрации напряжений и повышения
долговечности балок поясные швы следует
выполнять автоматической сваркой с
выводом концов шва на планки.

Наибольший
шаг заклепок (болтов) а (при
однорядном их расположении) определяют
по формуле:

a ≤ 

Nmin

√(QSf / Ix)2 + (αγfFk / lef)2

  (2.78)

180

где N_min —
наименьшее расчетное усилие, допускаемое
на одну заклепку или болт; α = 0,4 — в случае,
если стенка балки прострогана заподлицо
с обушками верхних поясных уголков; α
= 1,0, если такой пристрожки нет. В
подкрановых балках рекомендуется всегда
делать такую пристрожку.

Соседние файлы в папке Ekzamen

• #

  30.03.2016536.07 Кб623.docx

• #
• #

  30.03.2016545.88 Кб597.docx

• #

  30.03.2016437.15 Кб578.docx

• #

  30.03.2016311.66 Кб539.docx

• #

Если вы являетесь правообладателем данного документа, и не желаете его нахождения в свободном доступе, вы можете сообщить о свох правах и потребовать его удаления. Для этого вам неоходимо написать письмо по одному из адресов: root@elima.ru, root.elima.ru@gmail.com.

Подкрановые балки

Вернуться в раздел «Металлические конструкции»

Проектирование подкрановых балок

Подкрановые балки – это строительные конструкции, предназначенные для передвижения подъемных механизмов.

Стальные балки проектируют разрезными и неразрезными. Разрезные балки проще изготавливать и монтировать, а неразрезные более экономичны и проще в эксплуатации.

Подкрановые балки бывают сплошного и сквозного сечения. Балки сплошного сечения изготавливают из прокатных или сварных двутавров.

Подкрановые балки опираются на консоли или ветви колонн через торцевые ребра и крепятся на болтах и планках. Между собой подкрановые балки крепятся болтами через торцевые ребра. Для восприятия тормозных нагрузок от грузоподъемного оборудования, предусматривают тормозные фермы или балки из стального листа.

При работе мостовых кранов тяжелого режима работы, в уровне подкрановых балок предусматривают площадки для сквозных проходов шириной не менее 0,5 метра.

Для передвижения подъемного оборудования на подкрановые балки устанавливаются железнодорожные рельсы или рельсы профиля КР (реже брускового профиля).

Рельсы к балке крепится подвижно или неподвижно. Неподвижное крепление (приварка рельса к балке на сварке) допускается при легких режимах работы кранов грузоподъемностью до 30 тн. и при среднем режиме работы кранов грузоподъемностью до 15 тн.

По краем подкрановых путей предусматривают упоры-амортизаторы, для предотвращения ударов кранов о конструкции здания.

Рис. 1. Стальные подкрановые балки: а — в — сплошного сечения; г — сквозного сечения; д — крепление балки к железобетонной колонне; е, ж — то же к стальной колонне; с — крепления рельса к балке крюками; и — то же лапками; 1 — тормозная балка; 2 — хомут из полосы 8 × 100 мм; 3 — упоры из уголков; 4 – конечное опорное ребро; 5 — крепежные планки; 6 — фасонка; 7 — ребра жесткости через 1,5 м; 8 — Тормозная балка из стали; 9 — крюк; 10 — лапки через 0,6 — 0,75

При проектировании подкрановых балок могут оказаться полезными следующие типовые серии:

№ п/п	Номер	Наименование	Примечания
1	Серия 1.426-1	Выпуск 1. Разрезные подкрановые балки пролетами 6 и 12 м под мостовые электрические краны общего назначения грузоподъемностью до 5 тонн. Чертежи КМ	Смотреть
2	Серия КЭ-01-57	Узлы крепления и стыки рельсов для стальных подкрановых балок. Чертежи КМД	Смотерть

Расчет и проектирование сварной подкрановой балки

КГБОУ СПО
Комсомольский-на-Амуре

Курсовой
проект

г.

Содержание

Введение

. Данные для
расчёта

2. Расчет конструкции

2.1
Построение линий влияния и определение величины изгибающего момента для
различных сечений балки от веса тяжести

.2 Определение изгибающих моментов в
указанных сечениях балки от равномерно распределенной нагрузки

.3 Определение суммарных изгибающих
моментов

.4 Построение линий влияния поперечной
силы в сечениях балки от сосредоточенной нагрузки

.5 Определение поперечных сил в сечениях
балки от равномерно распределенной нагрузки

.6
Определение суммарных поперечных сил

.7 Расчет номинальной высоты балки из
условия норм жесткости

.8 Расчет высоты балки из условия ее
наименьшего сечения

.9 Расчет ширины горизонтального пояса
балки

.10 Проверочный расчет подобранного
сечения балки

.10.1
Определение наибольшего нормального напряжения в волокнах балки, наиболее
удаленных от центральной оси

.10.2 Определение касательного напряжения
на уровне центра тяжести балки

.10.3 Определение эквивалентного напряжения
в сечении балки

.11 Расчет балки на местную устойчивость

.12 Расчёт поясных швов

. Конструирование опорных узлов балки

. Краткая технология изготовления балки

Список
используемой литературы

Введение

Балка применяется при строительстве более широких пролетов зданий она
существенно сокращает вес всей конструкций, стоимость производства и
увеличивает рентабельность проектов строительства. Сварная балка двутавровая —
прекрасное решение для строительства Краснодара.

Сварная балка (двутавр) может различаться толщиной стенок и полок, по
расположению граней полок, по назначению, по техническим характеристикам и по типу
производства.

Балка двутавровая — сварная конструкция, из листов стали, которая по
форме схожа с горячекатаной балкой. Качество балки сварной контролируется
ГОСТом 23118-99. По форме и размерам сечения двутавра соответствуют ГОСТ
26020-83. Кроме того по индивидуальным чертежам и эскизам могут производиться
двутавровые сварные балки специальных размеров.

Использование сварной двутавровой балки представляет из себя решение
задачи сокращения емкости металла металлической конструкции, а также общее
сокращение числа изделий из металла использованных при строительстве.
Применение конструкций, в основе которых лежит сварная балка, позволяет
изготавливать недорогие и надежные строительные объекты.

Сварная балка производится на линии сварки под флюсом, с использованием
современного оборудовании. Что обеспечивает высокие технические характеристики
балки

Применение

Двутавровая балка востребована при строительстве промышленных и жилых,
сельскохозяйственных зданий, объектов. Кроме того сварная двутавровая балка
используется в перекрытиях, рабочих площадках, подкрановых балках, эстакадах и
мостах, других металлических конструкциях. Использование двутавровой балки в
широких пролетах промышленных объектов отличается высокой эффективностью. Это
позволяет избежать повышенных нагрузок на несущие конструкции, экономя при этом
металл

Основное преимущество использования сварной балки — это снижение
стоимости и сроков монтажных работ

Преимущества сварной двутавровой балки для строительства:

Возможность применения различных типов стали

Снижение массы металлоконструкции на 10%

Заказ при равной цене сварной балки различной длины

Использование нестандартной длины и формы

Надежность

На сегодняшний день балка сварная двутавровая может принадлежать к одному
из следующих типов:

Сварная балка двутавровая колонная

Сварная балка для подвесных путей

Сварная двутавровая балка нормальная

Балка сварная широкополочная

Балка сварная двутавровая с параллельными гранями полок

Балка сварная для армирования шахтных стволов.

Балка двутавровая с уклоном граней полок

1. Данные для
расчёта

Разработать конструкцию сварной подкрановой балки пролетом L со свободно
опертыми концами. Балка нагружена равномерной нагрузкой от собственного веса q
и вторая сосредоточенными грузами F(от веса тяжести тележки груза), которые
могут перемещаться по рельсам сечением 50×50 мм. Расстояние между осями тележки
d. Наибольший прогиб балки f от сосредоточенных грузов не должен превышать
1/500 от L. Допускаемое напряжение в подкрановых балках []р с учетом марки стали и
коэффициентом усилия работы m и перегрузки n.

Рисунок 1.1 — Расчетная схема балки

Таблица 1.1- Данные для расчета балки

Марка	F,кН	Q,кН/м	L,м	D,м	m	n
09Г2	100	2	12	2	0,8	1,3

Основной металл данной конструкции- сталь.

Таблица 1.2- Химический состав стали

 Углерод С,%

 Кремний Si,%

 Марганец Mn,%

 Фосфор P,%

 Сера S,%

09Г2

0,14-0,18

 0,17-0,37

1,4 — 1,6

 0,03

 0,04

и Ni ≤ 0,3

Свариваемость стали по величине эквивалента углерода определяют по
формуле

Cэ = С+ (1.1)

где C- углерод, %марганец, %кремний, %никель, %хром, %

Сэ = 0,14+0,07+0,02+0,02+0,03= 0,28%

Стали у которых Сэ = 0,2-0,35%, хорошо сваривается.

При расчете величина эквивалентного углерода Сэ = 0,21% следовательно
сталь хорошо сваривается.

Допустимое напряжение определяют по формуле

[σ]р= (1.2)

где σт — предел текучести, МПа = 310МПа- коэффициент угловой
работы, m = 0.8- коэффициент запаса прочности, n = 1.5

2. Расчет конструкции

.1 Построение
линий влияния и определение величины изгибающего момента для различных сечений
балки от веса тяжести

Максимальные ординаты yi max линий влияния для различных сечений xi
определяется по формуле:

max= xi (2.1)

где xi — координата рассматриваемых сечений, м- Длина пролета балки, м

а — координата перемещения груза, м. а = xi

X1 = 0,1L y1 = = 0,2L y2 = = 0,3L y3 =

X4 = 0,4L y4 = = 0,5L y5 =

По полученным данным строим линии влияния моментов изгиба.

Изгибающие моменты для указанных сечений от сосредоточенных сил- Mf, кНм,
определяют по формуле

= yi max (2.2)

где F- величина
сосредоточенного груза, кНрасстояние между осями тележки, м

M1F = F = F = F =

M5F =

По полученным данным строим эпюру изгибающих моментов, MF.

.2
Определение изгибающих моментов в указанных сечениях балки от равномерно
распределенной нагрузки

Изгибающие моменты в указанных сечениях балки от равномерно
распределенной нагрузки Mq, кНм, определяют по формуле:

Miq =  (2.3)= 0,1L M1q = = 0,2L M2q = = 0,3L M3q = = 0,4L M4q = = 0,5L M5q =

По полученным данным строим эпюру изгибающих моментов, Mq

2.3
Определение суммарных изгибающих моментов

Суммарные величины изгибающих моментов в сечениях балки от
сосредоточенных сил и равномерно распределенной нагрузки MΣ,
кНм, определяют по
формуле:

MiΣ = Mif + Miq (2.4)

M1Σ = M1f + M1q = 196+13=209 кНм

M2Σ = M2f + M2q = 344+23=367 кНм

M3Σ = M3f + M3q = 444+30=474 кНм

M4Σ = M4f + M4q = 496+34=530 кНм

M5Σ = M5f + M5q = 500+36=536 кНм

По полученным данным строим эпюру изгибающих моментов

.4 Построение
линий влияния поперечной силы в сечениях балки от сосредоточенной нагрузки

Определяется
по формуле

;  (2.5)

=0; ; =0.1L; ;  =0.2L; ;  =0.3L; ;  =0.4L; ;  =0.5L; ;

По полученным данным строят линии влияния поперечной силы

Поперечные силы в указанных сечениях от сосредоточенной нагрузки Qf, кН,
определяют по формуле:

Qif = yi` (2.6)= 0 Q0f = y0`= 0,1L Q1f = y1`= 0,2L Q2f = y2`= 0,3L Q3f = y3` = 0,4L Q4f = y4`

X5 = 0,5L Q5f = y5`

По полученным данным строят эпюру поперечных сил.

.5
Определение поперечных сил в сечениях балки от равномерно распределенной
нагрузки

Поперечные силы в указанных сечениях от равномерно распределенной
нагрузки Qq, кН, определяют по формуле:

Qiq= (2.7)= 0 Q0q== 0,1L Q1q== 0,2L Q2q== 0,3L Q3q== 0,4L Q4q== 0,5L Q5q=

По полученным данным строят эпюру поперечных сил.

.6
Определение суммарных поперечных сил

Суммарное значение поперечных сил в указанных сечениях от сосредоточенной
силы и равномерно распределенной нагрузки QiΣ,кН, определяется по формуле:

QiΣ = Qif + Qiq (2.8)

Q0Σ = Q0f + Q0q = 183+12= 195кН

Q1Σ = Q1f + Q1q = 156+8.6= 165.6кН

Q2Σ = Q2f + Q2q = 130+7.2= 137.2кН

Q3Σ = Q3f + Q3q =107+4.8= 111.8 кН

Q4Σ = Q4f + Q4q = 86+2.4= 88.4кН

Q5Σ = Q5f + Q5q = 66+0= 66кН

По полученным данным строят эпюру суммарных поперечных сил

.7 Расчет номинальной высоты балки из условия норм жесткости

Рисунок 2.1 Определение высоты балки из условия жесткости.

Наименьшую высоту балки из условия норм жесткости hж, мм определяют по формуле:

где: а — координата перемещения груза, м.

Модуль продольной упругости, МПа. Е = , МПа

 — уточненное значение допускаемого напряжение, Н/мм²

Уточненное значение допускаемого напряжения , Н/мм², определяют по
формуле:

 = ; МПа

 = МПа

Определяем hж, м

Принимаем hж=910 мм

2.8 Расчет
высоты балки из условия ее наименьшего сечения

Требуемую высоту из условия ее наименьшей массы определяют по формуле:

 (2.10)

где — толщина верхней стенки, см

=  (2.11)

= = 0,71мм ≈ 8 мм

Принимают =8 мм

 мм

Для дальнейшего расчета принимают большее из двух полученных значений h,
мм

Принимают высоту h= 910 мм

Высоту вертикального листа , мм, определяют по формуле

 (2.12)

=  мм

= мм

Принимают =10 мм

 мм

Принимают =890 мм

Рисунок 2.2 Предварительно подобранное сечение балки

.9 Расчет
ширины горизонтального пояса балки

Определяем ширину горизонтального пояса балки.

Требуемый момент сопротивления балки Wтр, мм определяют по формуле:

 (2.13)

 мм³

Требуемый момент инерции поперечного сечения балки Jтр, мм определяют по
формуле:

Iтр= Wтр (2.14)тр= 2.8мм⁴

Осевой момент инерции вертикального листа Jxв, мм относительно оси X
определяют по формуле:

в =  (2.15)в = 469, мм⁴

Осевые моменты инерции горизонтальных листов Jxг, мм определяют по
формуле:

г = Iтр — Ixв (2.16)г = 1680 — 1095= 805мм⁴

Требуемую площадь поперечного сечения горизонтального пояса Аг определяют
по формуле:

Аг= (2.17)

где  — расстояние от центра тяжести горизонтального листа до
центра тяжести балки, мм

 мм

Аг=мм²

Ширину горизонтального пояса b, мм, определяют по формуле

 мм

Принимают b=198мм

Рисунок 2.3 — Проверочный профиль сечения балки

.10
Проверочный расчет подобранного сечения балки

.10.1 Определение наибольшего нормального напряжения в волокнах балки,
наиболее удаленных от центральной оси

Наибольшее
нормальное напряжение в волокнах балки наиболее удаленных от центральной оси , МПа определяют по формуле:

 (2.18)

где Ymax — расстояние от нейтральной оси до наиболее удаленных волокон
балки, мм.- уточненное значение осевого момента инерции подобранного сечения
балки, мм⁴.

= = мм=  (2.19)

где: y1 — расстояние от центра тяжести горизонтального пояса до центра
тяжести сечения балки

=  ммх = 1271мм⁴

=191 МПа

.10.2
Определение касательного напряжения на уровне центра тяжести балки

Касательное напряжения на уровне центра тяжести балки в опорном его
сечении, где поперечная сила имеет максимальное значение  н/мм² определяют по
формуле.

 (2.20)

где  — суммарная поперечная сила в опорном сечении балки, кН

 — статистический момент половины площади поперечного сечения
балки относительно ее центра тяжести, мм³

н/мм²

Принимаем =26 н/мм²

.10.3
Определение эквивалентного напряжения в сечении балки

Эквивалентное напряжение определяется на уровне верхней кромки
вертикального листа в зоне резкого изменения ширины поперечного сечения.

Нормальное напряжение н/мм² определяют по формуле:

 (2.21)

Принимают =188 н/мм²

Касательное напряжение в тех же волокнах от поперечной силы определяют по
формуле:

 (2.22)

где -Статический момент площади сечения горизонтального пояса
относительно центра тяжести сечения балки, мм³.

=9.8мм³

 н/мм²

Эквивалентное напряжение ,н/мм² определяют по формуле:

 (2.23)

 н/мм²

.11 Расчет
балки на местную устойчивость

В сжатых поясах потеря устойчивости может быть связана с нормальными
сжимающими напряжениями и комбинациями нормальных и касательных напряжений.

Чтобы обеспечить местную устойчивость сечения балки, приваривают ребра
жесткости.

Рисунок 2.5- Расстановка ребер жесткости

a=1.5hв (2.24)

где: а — расстояние между ребрами жесткости, мм

=1.5 мм

Ширину ребра жесткости, вр, мм, определяют по формуле

 (2.25)

 мм

По конструктивным соображениям ширину ребра жесткости вр уменьшают.

Принимают вр=70 мм

Толщину ребер жесткости Sр, мм определяют по формуле:

рр=4,6 мм

Принимают Sр=4,6 мм

Нормальное напряжение в верхнем волокне вертикального листа (пояса)
определены ранее

Среднее касательное напряжение от поперечной силы в среднем сечении балки
, н/мм² определяют по
формуле:

 (2.26)

 н/мм²

Рисунок 2.6 Местное влияние сосредоточенных сил.

Местное напряжение σт, н/мм² вызванное сосредоточенной
нагрузкой F определяют по формуле:

σт (2.27)

где: -коэффициент, учитывающий режим работы балки

Принимают = 0,8

 — условная длина, по которой проходит передача
сосредоточенной нагрузки на вертикальный лист, мм:

где  — осевой момент инерции горизонтального пояса совместно с
приваренным к нему рельсом относительно оси, проходящей через их общий центр
тяжести, мм

 (2.29)

где:  — площадь сечения горизонтального пояса, мм²

 — площадь сечения рельса, мм²

— координата центра тяжести горизонтального пояса, мм

 — координата центра тяжести рельса, мм

балка двутавровый подкрановый сечение

Рисунок 2,7- Определение центра тяжести горизонтального пояса и рельса

Аг=b×Sг

Аг=198 ×10=1980 мм²

мм²

мм

мм

мм

Момент сечения горизонтального пояса Iхг, мм⁴ и рельса
относительно оси совпадающей с верхней кромкой пояса, Хг определяют по формуле:

 (2.30)

мм⁴

Осевой момент инерции сечения Iх01, мм, и рельса относительно оси,
проходящий через их общий центр тяжести определяют по формуле:

где А = Аг+Ар

мм²

мм⁴

Условную длину Z0, мм определяют по формуле (2.27)

мм

МПа

Местная устойчивость сечения балки гарантируется.

2.12 Расчёт
поясных швов

Поясные швы соединяют горизонтальные листы с вертикальными. Рабочими
напряжениями в поясных швах являются касательные напряжения τ, МПа.

Принимают К=5 мм

Касательные напряжения в нижних поясных швах τн МПа, определяют по формуле:

 (2.30)

Где

мм³

н/мм²

Принимают =16 н/мм²

Рисунок 2.8 К расчету поясных швов.

Касательные напряжения в верхних поясных швах, при этом учитывают
приваренный к данному поясу рельс τв, МПа определяют по формуле:

 (2.31)

де SВ — статистический момент сечения верхнего горизонтального пояса
совместно с приваренным к нему рельсом, относительно центра тяжести сечения
балки, мм².

мм

мм³

н/мм²

К касательным напряжениям найденным в верхних поясных швах необходимо
добавить касательные напряжения вызванные перемещающейся сосредоточенной
нагрузкой τF МПа, определяют по формуле

 (2.32)

где n — коэффициент зависящий от характера обработки кромки вертикального
листа,

Принимают n = 1.3

н/мм²

Принимают =75н/мм²

Условные результирующие касательные напряжения в верхних поясных швах τрез МПа, определяют по формуле:

 (2.33)

Принимают τрез= 85 н/мм²

 н/мм²

Принимают = 123н/мм²

3. Конструирование опорных узлов балки

Опорные части балки конструируют в форме выпуклых плит. На одной из них
балка имеет продольную подвижность, на другой она закреплена от продольного
смещения болтами или штырями.

Рисунок:3.1 Конструкция опорной части балки

где: ширина опорной плиты, мм

 мм

Принимают =230мм

мм

Принимают a=330мм

где: -Толщина плиты у концевой части, мм

Принимают =15мм

где: R- радиус цилиндрической поверхности, м

Принимают R=2м =2000 мм

где: d- диаметр отверстий под болты, мм

Принимают d=20 мм

 (3.1)

где: — момент изгиба на оси плиты, нм

где: , кН

мм

мм

Принимают S= 36мм

4. Краткая технология изготовления балки

Балка состоит из трёх листовых элементов. При сборке нужно обеспечить
симметрию и взаимную перпендикулярность полок и стенки, при сжатии их друг к
другу и последующее закрепление прихватками. Для этой цели используют
самоходный портал.

При изготовлении двутавровых балок поясные швы обычно сваривают
автоматически под слоем флюса. Приёмы и последовательность наложения швов могут
быть различными. Выбираем выполнение шва «в лодочку» так как данное
положение шва обеспечивает благоприятные условия их формирования и
проплавления, зато приходиться кантовать изделие после сварки каждого шва. Для
поворота используют позиционеры — кантоватли.

Рисунок 4.4 — Цепной и рычажный кантователи.

При сварке двутавровой балки наложение швов осуществляется по диагонали
во избежание деформации.

Рисунок 4.5 — Порядок наложения швов

После сварочного участка балка отправляется на участок отделки, где
последовательно проходит сначала через две машины для правки грибовидности
полок, а затем два торцефрезерных станка.

Рисунок 4.6 Станок для правки грибовидности.

Для сварки поясных швов выбирают автомат АДФ-1002 и комплектующийся к
нему источник ТДФЖ-1002.

Для сварки рёбер жесткости выбирают ТД-206.

Список используемой литературы

1. Николаев
Г.А. Винокуров В.А. Сварные конструкции. Расчет и проектирование, М. Высшая
школа 1996 г.

. Блинов А.Н.
Лялин К.В. Сварные конструкции. М. Строительное издание 1990 г.

. Николаев
Г.А Курин С.А. Винокуров В.А. Расчет, проектирование и изготовления сварных
конструкций, М. Высшая школа 1971 г.