 |
Составление таблицы расчетных усилий
|
|
|
|
Статический расчет производится методом конечных элементов с использованием программы SCAD «Расчет плоских стержневых систем»
В соответствующие графы записываем значения внутренних усилий для четырех сечений колонн на уровнях: заделки, верха нижней части колонны, низа верхней части колонны и сопряжения колонны с ригелем.
Таблица 2
| № | Схема нагрузки и | Вид | Коэф. |
| ||||||||||
| схемы | эпюры моментов | нагрузки | сочет. |
| 1-1 |
| 2-2 |
| 3-3 |
| 4-4 |
| ||
|
|
|
|
| М, кНм | N, кН | Q, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | ||
| 1 |
| Постоян ная | 1 | 205.7 | 559.6 | 20.8 | 38.1 | 559.6 | 159.3 | 484.6 | 269.8 | 484.6 | ||
| 2 |
| Временная Снеговая на ригель | 1 0,9
| 68.3 61.5 | 151.2 136.1 | -7.0 -6.3 | -14.0 -12.6 | 151.2 136.1 | -51.8 -46.6 | 151.2 136.1 | -89.0 -80.1 | 151.2 136.1 | ||
| 3 |
| Ветровая | 1 | 192.0 | 4.3 | 25.2 | 12.8 | 4.3 | 12.8 | 4.3 | 47.4 | 4.3 | ||
|
|
| (слева направо) | 0,9
| 172.8 | 3.9 | 22.7 | 11.5 | 3.9 | 11.5 | 3.9 | 42.7 | 3.9 | ||
| 3` |
| Ветровая | 1 | 178.1 | 4.3 | 20.7 | -7.8 | 4.3 | -7.8 | 4.3 | -55.1 | 4.3 | ||
|
|
| (справа налево) | 0,9
| 160.3 | 3.9 | -18.6 | -7.0 | 3.9 | -7.0 | 3.9 | -49.6 | 3.9 | ||
| 4 |
| Попереч- ное тор- можение кранов (на лев.ст) | 1
0,9 | 441.3 397.2 | 5.6 5 | -49.3 -44.4 | -135.4 -121.8 | 5.6 5 | -135.4 -121.8 | 5.6 5 | 0.4 0.36 | 5.6 5 | ||
| 4` |
| Попереч- ное тор- можение кранов (на пр.ст) | 1
0,9
| -301 -270.9 | 5.6 5 | -25.6 -23 | -1.3 -1.2 | 5.6 5 | -1.3 -1.2 | 5.6 5 | 134.4 121 | 5.6 5 | ||
| 5 |
| Вертика- льное давление кранов (тележка слева) | 1
0,9
| -59.8 -53.8 | 1346.8 1212.1 | -74.9 -67.4 | -936.8 -843.1 | 1346.8 1212.1 | 423.2 380.9 | 13.2 11.9 | 25.9 23.3 | 13.2 11.9 | ||
| 5` |
| Вертика- льное давление кранов (тележка слева) | 1
0,9
| 637.3 573.6
| 359.5 323.6
| -74.9 -67.4
| -239.5 -215.6
| 359.5 323.6
| 106.6
95.9
| 13.2 11.9
| -290.8 -261.7
| 13.2 11.9
| ||
Составление таблицы сочетания усилий
Таблица 3
| Коэф. сочет. | Обозначение данных | 1- 1 | 2- 2 | 3- 3 | 4- 4 | |||||
|
|
| М, кНм | N, кН | Q, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН | М, кНм | N, кН |
|
| Номер схем |
| 1,3* |
| 1,3 |
|
|
|
|
|
|
| загружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1 | усилия | 383,8 | 563,9 | -41,5 | -25,3 | 563,9 |
|
|
|
|
|
| Номер схем |
| 1,23*,4,5* |
|
|
| 1,3,4,5* |
|
|
|
|
| загружения | 1398,3 | 1028,2 | -157,5 |
|
| -173,7 | 505,4 |
|
|
| 0,9 | усилия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Номер схем |
| 1,3 |
| 1,4,5 |
| 1,3* |
| 1,3* |
|
|
| загружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1 | усилия | 13,7 | 563,9 | 4,4 | -1110,3 | 1912 | -167,1 | 489 | -324,9 | 489 |
|
| Номер схем |
| 1,3,4,5 |
| 1,2,3*,4,5 |
| 1,2,3* |
| 1,2,3*,4*,5* |
|
|
| загружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0,9 | усилия | 376,3 | 1780,6 | -109,9 | -1022,6 | 1916,7 | -212,9 | 624,6 | -540,2 | 641,5 |
|
| Номер схем |
| 1,4,5 |
| 1,3 |
|
|
|
|
|
|
| загружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1 | усилия | 587,2 | 1912 | -1,45 | -25,3 | 563,9 |
|
|
|
|
|
| Номер схем |
| 1,2,3*,4,5 |
|
|
| 1,3,4,5* |
|
|
|
|
| загружения | 770,9 | 1916,7 | -157,5 |
|
| -173,7 | 505,4 |
|
|
| 0,9 | усилия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| Номер схем |
| 1,3 |
| 1,4,5 |
| 1,2 |
| 1,2 |
|
|
| загружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 1 | усилия | 13,7 | 563,9 | 4,4 | -1110,3 | 1912 | -211,1 | 635,8 | -358,8 | 635,8 |
|
| Номер схем |
| 1,3,4,5 |
| 1,2,3*,4,5 |
| 1,2,3* |
| 1,2,3*,4*,5* |
|
|
| загружения |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
| 0,9 | усилия | 376,3 | 1780,6 | -109,9 | -1022,6 | 1916,7 | -212,9 | 624,6 | -540,2 | 641,5 |
Расчет и конструирование подкрановой балки
|
|
|
Нагрузки на подкрановую балку
Наибольшее вертикальное усилие на колесе
Fmaxн = 470 кН.
Вес тележки и крана
G = 620 кН
Тип кранового рельса
КР-100
Нормативная горизонтальная нагрузка на колесо крана
Ткн = 0,5f(Qк + Gт)/n0 = 0,5·0,1(500 + 620)/4 = 28 кН
Расчетные значения усилий на колесе крана определяем с учетом коэффициента надежности по назначению γн = 0,95
Fк = γн·n·nc·k1·Fкн = 0,95·1,1·0,95·1,1·380 = 380,4 кН;
Tк = γн·n·nc·k2·Tкн = 0,95·1,1·1·0,95·28 = 28 кН.
Определение расчетных усилий
Максимальный момент возникает в сечении, близком к середине пролета. Загружаем линию влияния момента в среднем сечении, устанавливая краны невыгоднейшим образом.
Расчетный момент от вертикальной нагрузки
Мх = α·М = 1,05·2143 = 2250,5 кН·м, где
Мy = М(Tk/Fk) = 342 кН·м, где
α = 1,05 – учитывает влияние собственного веса подкрановых конструкций и временной нагрузки на тормозной площадке.
Расчетный момент от горизонтальной нагрузки
М = Тк·∑уi = 2143 кН·м.
Для определения максимальной поперечной силы загружаем линию влияния поперечной силы на опоре.
Расчетные значения вертикальной и горизонтальной поперечных сил:
Qх = α·Fк·∑уi = 685,6 кН·м, где
Подбор сечения балки
Принимаем подкрановую балку симметричного сечения с тормозной конструкцией в виде листа из рифленой стали t = 6 мм и швеллера № 36.
Значение коэффициента β определим по формуле
β = 1 + 2(Му/Мх)·(hб/hт) = 1 + 2(342/2250,5)·(1,5/1,5) = 1,3,
где hб ≈ l/8 = 12/8 = 1,5 м – высота балки;
hт = hн = 1,5 м – ширина сечения тормозной конструкции.
Wхтр = Мх·β/γ·R = 2250,5·1,3/1,05·260 = 10716,7 см3.
Задаемся tст = 10
Оптимальная высота балки
hопт = k√(Wхтр/ tст) = 1.1√(10716.7/10) = 114 см.
Минимальная высота балки:
hmin = 5/24(γ·R·l)/(β·E)·(l/f)·(Мн/Мх)
= 5/24(26·1200·600·121600)/(1,3·2,06·104·214300) = 83 см,
где Мн – момент от загрузки балки одним краном при n = 1,0.
[l/f] = 1/600 – для кранов среднего режима работы;
Принимаем hб = 130 см.
Задаемся толщиной полок
tп = 2.5 см, тогда hст = hб - 2·tп = 130 – 2.5·2 = 125 см.
Из условия среза стенки силой Qx
tст ≥ (1,5·Qx)/(hст·Rст) = (1,5·685,6)/(130·150,8) = 0,6 см.
Принимаем стенку толщиной 1,0 см,
Размеры поясных листов определяем по формулам:
|
|
|
Iхтр = Wхтр·hб/2 = 10716,7·130/2 = 696585,5 см4;
Iст = tcт·hст3/12 = 1,0·1253/12 = 162760 см4;
Ап.тр = (Iхтр - Iст)/(2·((hст + tп)/2))2= 2·(533825)/ (127,5/2)2= 66 см2
Принимаем пояс из листа сечения 25х30 мм, Ап = 75 см2.
Устойчивость пояса обеспечена т.к.
bсв/t = (bп – tст)/4·tп = (30 – 1)/4·2,5 = 2,9 < 0,5√(E/R) = 0,5√(2,06·104/23) = 15,1
Рис.4 (Сечение балки)
Проверка прочности сечения
Определяем геометрические характеристики принятого сечения.
Относительно оси Х – Х:
Ix = (tст·hcт3)/12 + 2·bп·tп(hcт/2 + tп/2)2 = 162760 + 609609 = 772369 см4,
WхА = 2·Ix/hб =11882,6 см3.
Геометрические характеристики тормозной балки относительно оси У – У(в состав тормозной балки входят верхний пояс, тормозной лист и швеллер):расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения
х0 = (0,6·123·72,5 + 53,4·144,3)/(0,6·123 + 53,4 + 2·30) = 70 см;
Iу = 0,6·1233/12 + 0,6·123(72,5 – 70)2 + 53,4(144,3 – 70)2 + 40·702 + 2·403/12 =594965см4
WуА = 2·Iу/хА = 2·594965/85 = 13999 см3,
где хА = х0+bп/2 = 70 + 15 = 85 см - расстояние от центра тяжести до наиболее напряженной точки «А» верхнего пояса подкрановой балки.
Проверим нормальные напряжения в верхнем поясе
σхА=Мх/WхА+Mу/WуА=214300/11882,6+15050/13999=19,1кН/см2 < R = 23кН/см2
Прочность стенки на действие касательных напряжений на опоре обеспечена, так как принятая толщина стенки больше определенной из условия среза.
Жесткость балки также обеспечена, так как принятая высота балки hб > hmin.
Проверим прочность стенки балки от действия местных напряжений под колесом крана
σму = γ·Fк/tст·l0 = 1,1·380/1·43,6 = 10,1 кН/см2 < R = 23 кН/см2,
где γ = 1,1 – коэффициент увеличения нагрузки на колесе, учитывающий возможное перераспределение усилий между колесами и динамический характер нагрузки;
l0 = c3√(Iп1/tст) = 3,253√(2903/1) = 43,6
Iп1 = Iр + bп·tп3/12 = 2864,73 + 30·2,53/12 = 2903 см4,
где Iр = 2864,73 – момент инерции рельса КР-100;
с = 3,25 – коэффициент податливости сопряжения пояса и стенки для сварных балок.
Расчет и конструирование колонны
Исходные данные для проектирования колонны
Таблица 4
| 1- 1 | 2 -2 | 3- 3 | 4- 4 | |||||||
| M | N | Q | M | N | M | N | M | N | ||
| 1398,3 | 1028,2 | -157,5 | -1110 | 1912 | -211
| 641 | -540 | 641 | ||
| 770,9 | 1916,7 | -157,5 | -1022 | 1916 | ||||||
|
|
|
