Подбор сечений 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, т.е.

. (19)

Значение коэффициента β определим из выражения

. (20)

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

Из формулы (19) определяем требуемый момент сопротивления .

Оптимальную высоту балки и толщину стенки устанавливаем ана­логично расчету обычных балок без учета пластических деформаций.

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) находим максимальный момент от загружения балки одним краном М_n при коэффициенте надежности по нагрузке γ_f =1,0.

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

, (21)

где [f / l]- максимальный регламентируемый нормами прогиб подкрановых конструкций.

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

После компоновки проводятся все проверки принятого сечения.

Узлы и детали подкрановых конструкций

1. Опорные узлы подкрановых балок

В узлах опирания подкрановых балок на колонны происходит пере­дача больших вертикальных и горизонтальных усилий. Вертикальное давление разрезных подкрановых балок передается на колонну обыч­но через выступающий фрезерованный торец опорного ребра (рис. 9, а). Рассчитывают и конструируют опорное ребро так же, как и у обычных балок.

В неразрезных балках вертикальное давление передается через опорные ребра, пристроганные к нижнему поясу, а между поясом и опорной плитой колонны ставят прокладку (рис. 9, б).

В неразрезных подкрановых балках на опоре смежного, незагру­женного пролета возникает отрицательная (направленная вниз) реак­ция. Анкерные болты, прикрепляющие балку к колонне, должны быть рассчитаны на это усилие.

Для восприятия горизонтальных поперечных воздействий кранов устанавливают дополнительные элементы крепления балок к колоннам (рис. 10, а). Эти элементы рассчитывают на горизонтальное уси­лие H

, (22)

где F_t - опорное давление балки от поперечных горизонтальных усилий на колесах крана;

h₁, h₂- расстояние от низа балки (точка поворота) до отметки головки рель­са и места расположения элементов крепления (рис. 10, а).

При наличии нескольких элементов крепления (например, стержней и накладок крепления тормозных конструкций к колонне) горизон­тальное давление F_tраспределяется между ними пропорционально жесткостям. В запас несущей способности можно каждый элемент крепления рассчитывать на полное давление F_t .

При проектировании узлов крепления подкрановых конструкций к колоннам сле­дует учитывать особенности их действительной работы. При проходе крана балка про­гибается и ее опорное сечение поворачивается на угол φ (рис. 10, б). Под влиянием температурных воздействий (особенно в горячих цехах) подкрановые конструкции удли­няются (укорачиваются), что приводит к горизонтальным смещениям опорных сечений относительно колонн. В результате элементы крепления получают горизонтальные пе­ремещения Δ_Н.

Если конструкции креплений обладают достаточной жесткостью и препятствуют об­жатию и повороту опорных сечений, то в элементах крепления возникают большие уси­лия, вызванные перемещениями Δ_Н и Δ_V, что при многократных повторных нагружениях вызывает усталостное разрушение элементов крепления.

Поэтому конструкция крепления балок к колоннам в горизонтальном направлении должна обеспечивать передачу горизонтальных поперечных сил, допуская при этом свободу поворота и продольного смещения опорных сечений.

Для того чтобы обеспечить свободу продольных и вертикальных перемещений эле­ментов крепления, применяют два типа узлов. В узлах 1-го типа поперечные горизон­тальные воздействия передаются через плотно пригнанные к полкам колонны элемен­ты (упорные планки), допускающие за счет проскальзывания свободу перемещений опорных сечений (рис. 11, а). Поскольку со временем контактные поверхности об­минаются и в соединении образуется люфт, упорные элементы целесообразно крепить (для возможности их замены) на высокопрочных болтах. В узлах 2-го типа балки крепятся к колоннам с помощью гибких элементов. При малой жесткости этих элемен­тов дополнительные усилия, возникающие в них от перемещений Δ_Н и Δ_V, невелики. В качестве гибких креплений используются листовые элементы или круглые стержни.

В узле, показанном на рис. 11, б, горизонтальные поперечные силы восприни­маются гибкими круглыми стержнями. При больших горизонтальных нагрузках каж­дая балка может крепиться двумя или тремя болтами, расположенными один над дру­гим. Достоинством такого крепления являются возможность рихтовки балок и простота его замены.

Изгибающий момент в элементе крепления, возникающий от пере­мещений, определяется как в балке с защемленными концами (рис. 10, б):

, (23)

где I₀, l₀ - момент инерции и длина элемента крепления; .

От перекоса опорного ребра балки на крепление передается также дополнительное горизонтальное усилие Н_e (рис. 10, г), возника­ющее за счет смещения равнодействующей опорного давления F_R с оси балки:

.

По экспериментальным исследованиям величину е можно принять равной 1/6 ширины опорного ребра b.

В зданиях с большим перепадом температур (не отапливаемые зда­ния, горячие цехи) при расчете элементов крепления следует также учитывать усилия, возникающие от температурных воздействий, или проектировать крепления, обеспечивающие свободу перемещений (на­пример, с передачей усилий через упорные элементы).

Рис. 10. К расчету узла крепления подкрановых балок к колонне

а- схема передачи горизонтального поперечного усилия; б - перемещения узла; в - расчетная схема элемента крепления; г - передача усилий при перекосе опорного ребра

Рис. 11. Узлы крепления разрезных подкрановых балок к колоннам

а - с упорными планками; б - с гибкими стержнями

2. Крановые рельсы и их крепление к подкрановым балкам

Для мостовых кранов применяются специальные крановые рельсы КР с усиленной шейкой и развитой подошвой.

Требуемый тип кранового рельса указывается в стандартах или ка­талогах на краны. Для кранов общего назначения грузоподъемностью до 20 т включительно разрешается применять железнодорожные рель­сы Р-38 (для кранов грузоподъемностью 5 и 10 т) и Р-43. Иногда в качестве кранового рельса применяется квадратная сталь.

Конструктивное решение крепления рельсов к подкрановым балкам зависит от типа рельсов (рис. 12). Крепление должно обеспечивать рихтовку рельса в пределах 20 - 30 мм, так как в процессе эксплуата­ции происходит смещение рельса. Поэтому приваривать рельс к поясу подкрановой балки не рекомендуется.

В зданиях с кранами особого режима работы рекомендуется при­менять только специальные крановые рельсы КР. В железнодорожных рельсах у мест ослабления шейки отверстиями часто возникают трещи­ны; кроме того, отверстия для крючьев в тормозном листе являются концентраторами напряжения и около них также развиваются трещины. Квадратный рельс менее жесткий, чем КР, а прострожка пазов для его крепления весьма трудоемка.

Рис. 12. Крепление рельсов к подкра­новой балке

а - типа КР; б - железнодорожных; в, г - квадратных; 1 - пружинная шайба; 2 - болт М22

Между рельсом и поясом балки це­лесообразно устанавливать упругие прокладки из низкомодульного материала. Прокладки улучшают условия контакта рельса и пояса, сглаживают и уменьшают местные напряжения под колесом крана, ликвидируют пики местных напряжений у контактирующих неровнос­тей рельса и пояса, уменьшают динамическое воздействие крана. При кранах небольшой грузоподъемности (Q<20 т) прокладки делают из прорезиненной ленты, при большой грузоподъемности - металлорезиновыми. Так как при прохождении крана прокладки сжимаются, то применяют различного типа пружинные крепления рельса к поясу.

3. Упоры для кранов

В торцах здания на подкрановых балках устанавливают упоры для ограничения рабочей зоны кранов. Для снижения силы удара об упор краны оборудуют концевыми выключателями, а на упоры устанавли­вают амортизаторы. Упор рассчитывают как консоль на условную си­лу удара, определяемую по СНиП «Нагрузки и воздействия».