21. Особенности работы и расчета подкрановых балок, их конструктивное решение

Нагрузки

Нагрузки от крана передаются на подкрановую конструкцию через колеса (катки) крана. В зависимости от грузоподъемности крана с каждой стороны моста могут быть два, четыре катка и более (рис. 2.61, а, б).

Подкрановые конструкции рассчитывают, как правило, на нагрузки от двух сближенных кранов наибольшей грузоподъемности (рис. 2.61, в) с тележками, приближенными к одному из рядов колонн, т.е. в положении, при котором на подкрановые кон­струкции действуют наибольшие вер­тикальные силы. Одновременно на ба­лки воздействуют максимальные по­перечные горизонтальные усилия.

При расчетах подкрановых конструкций под краны особого режима работы учитывают горизонтальную нагрузку, вызываемую перекосом крана.

Поскольку усталостное разрушение возникает в результате действия не максимальной, а многократно повторяющейся нагрузки, при расчете конструкций на выносливость принимают наиболее часто действующие нагрузки, которые определяют умножением нормативных нагрузок на понижающий коэффициент, зависящий от режима работы кранов.

Проверку жесткости подкрановых балок выполняют на нагрузку от одного крана с коэффициентом надежности по нагрузке равном 1,0 и без учета коэффициента динамичности.

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

Собственный вес подкрановых конструкций принимают по спра­вочным данным. Приближенно влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозных балках можно учесть ум­ножением расчетных усилий от вертикальной крановой нагрузки на коэф­фициент.

Особенности действительной работы подкрановых конструкций

Работа подкрановых конструкций в условиях эксплуатации весьма сложна и существенно отличается от работы обычных балочных констру­кций. Это обусловлено спецификой нагрузки, характером ее приложения и отличием реальной и расчетной схем конструкции.

Сосредоточенная вертикальная крановая нагрузка, достигающая бо­льших величин (600...800 кН), 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. Все это приво­дит к появлению в подкрановых конструкциях повреждений в виде уста­лостных трещин, расстройства соединений, ослабления узлов и нарушает нормальную эксплуатацию.

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.

Нормы проектирования относят подкрановые конструкции к 1-ой группе конструкций и регламентируют ряд специфических требований, которые необходимо учитывать при их проектировании. Кроме того, для повышения долговечности подкрановых конструкций следует применять конструктивные решения, отвечающие действительным условиям рабо­ты, максимально снижать концентрацию напряжений, повысить качество изготовления и монтажа и обеспечить постоянный надзор за состоянием конструкций в условиях эксплуатации.

Конструктивные решения подкрановых балок

Типы сечения подкрановых балок зависят от нагрузки, пролета и ре­жима работы кранов. При пролете до 6 м и кранах малой грузоподъемнос­ти (до 10 т) для балок можно использовать прокатные двутавры типа Ш. При большей грузоподъемности (до 50 т) при кранах режима работы 1К — 5К также можно применять прокатные двутавры, но для восприятия горизонтальных поперечных нагрузок их необходимо усилить листом или уголками (рис. 2.62, а), либо принять несимметричное сварное сече­ние с усиленным верхним поясом (рис. 2.62, б).

Для больших пролетов и грузоподъемностей кранов применяют свар­ные двутавровые балки с горизонтальной тормозной конструкцией (рис. 2.62, в). При кранах грузоподъемностью до 50 т рациональны балки сос­тавного сечения из широкополочных тавров с тонкой стенкой - вставкой (рис. 2.62 г).

Высокая интенсивность работы кранов особого режима работы 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:

Расчет подкрановых балок

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 Мпах будет находиться под силой, ближайшей к середине пролета балки (правило Винклера).

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

Расчетный изгибающий момент Му и поперечную силу Qy от горизон­тальной поперечной нагрузки находят при том же положении кранов:

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

где W_х,А — момент сопротив­ления верхнего пояса; Wx - 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.