2015-05-20
1546
6.5.1. Выбор материала металлоконструкции
Марку материала для изготовления металлоконструкций назначают с учетом характера нагружения конструкции, степени ответственности, условий эксплуатации и технологических свойств стали (в первую очередь свариваемости) согласно нормативным документам, регламентирующим проектирование и изготовление строительных конструкций. Проектирование стальных металлоконструкций осуществляется согласно строительным нормам и правилам СНиП II-23-81* «Стальные конструкции».
Материал, принятый для изготовления балки должен входить в перечень материалов для сварных конструкций работающих в особо тяжелых условиях согласно таблице 50
СНиП II-23-81*; Поскольку эксплуатация крана осуществляется в закрытом помещении, при выборе материала нет необходимости в учете климатической зоны. Марки стали соответствующие классам строительной стали по ГОСТ 27772 необходимо выбирать по таблице 51, б СНиП II-23-81*.
Для изготовления металлоконструкции рекомендуется выбирать сталь класса С255 по ГОСТ 27772 марки 18сп по ГОСТ 23570, поскольку она достаточно дешева и обладает хорошей свариваемостью.
|
|
|
6.5.2. Выбор расчетных сопротивлений (допускаемых напряжений)
Расчетные сопротивления изгибу RY и сдвигу RS определяются согласно пункту 3
СНиП II-23-81*. При этом значения пределов прочности и текучести строительных сталей в зависимости от класса стали и толщины определяются по таблице 51 СНиП II-23-81*. Коэффициент условий работы γс необходимо принимать равным 0,9.
6.5.3. Выбор основных размеров
Основными размерами кранового моста являются длина моста L и высота главной балки h. Величина L дана в задании на курсовой проект. Высоту балки определяем по формуле (1).
Обычно высота мостовых балок коробчатого сечения находится:
. (6.1)
Для уточнения высоты используют формулу, полученную из условия обеспечения прочности балки при наименьшем весе:
(6.2)
где 
– максимальный расчетный изгибающий момент в вертикальной плоскости;
[σ] – допускаемые напряжения на растяжение (расчетное сопротивление по пределу текучести);
sВ – толщина вертикальных листов.
Толщину стенки предварительно можно назначить: для кранов грузоподъемностью до 200 кН – 6 мм, свыше 300 кН – 8 мм. Толщина горизонтальных листов Sг – должна быть не менее 6 мм. При необходимости увеличения момента сопротивления сечения при постоянной высоте балки, прежде всего, увеличивают толщину горизонтальных листов.
Ширина горизонтальных листов выбирается из условия обеспечения горизонтальной жесткости:
В = (1/2...1/3) h (6.3)
и из условия обеспечения пространственной жесткости:
В = (1/40...1/50) L, (6.4)
|
|
|
причем эта ширина не должна быть менее 350 мм. Ширина балки на просвет В ' должна быть меньше величины В на 40…50мм. Опорное сечение балки hоп, равно примерно половине высоты главной балки h. Длину скоса на концах балки назначают равной 0,1...0,2 L.
6.5.4. Определение скручивающего момента от горизонтальных инерционных нагрузок
Поскольку горизонтальные инерционные нагрузки приложены эксцентрично относительно центра тяжести опорного сечения, во всей балке при разгоне и торможении возникает скручивающий момент. Согласно рис.6.1 величина скручивающего момента Мкр определяется как сумма скручивающего момента от распределенной нагрузки
(6.5)
где qГ – горизонтальная распределенная нагрузка и скручивающего момента от подвижной нагрузки
(6.6)
где N1Г, N2Г – горизонтальная нагрузка от ходовых колес тележки.
6.6. Проверка жесткости главной балки моста
Допустимый прогиб балки в середине пролета от действия статически приложенной подвижной нагрузки не должен превышать величины fДОП = L /700.
По линиям влияния моментов определяется величина момента от тележки с грузом.
Расчетный прогиб от наибольшего изгибающего момента в середине пролета определяется выражением:
(6.7)
где Е – модуль упругости первого рода;
Jх – наибольший главный момент инерции сечения;
МСТАТ – величина наибольшего изгибающего момента от тележки с грузом равная
(РT.+ Q) (φN1 + р φN2).
В случае невыполнения условия (6.7) необходимо изменить размеры сечения главной балки в сторону увеличения момента инерции сечения относительно оси Х.
6.7. Проверка прочности главной балки моста
При проверке прочности в середине пролета балки (сечение III) учитываются только нормальные напряжения от изгибающих моментов вертикальной и горизонтальной плоскости. Распределение нормальных напряжений определяется по формулам:
(6.8)
Максимального значения нормальные напряжения от изгибающего момента достигают на наибольшем удалении от нейтральной линии. Наиболее удалена от осей х-х и у-у точка с координатами В/2 и h/2 причем направление σВ и σГ в этой точке совпадает, поэтому условие прочности для данного сечения выглядит следующим образом:
. (6.9)
В четверти пролета балки (сечение II) кроме нормальных напряжений от вертикального и горизонтального изгибающих моментов имеются касательные напряжения от перерезающей силы. Расчет в этом случае ведется по эквивалентным напряжениям в месте приварки горизонтальных листов к стенкам.
Нормальные напряжения от изгибающих моментов в вертикальной и горизонтальной плоскостях определяются по формуле (6.8) для соответствующих координат х и у.
Распределение касательных напряжений от перерезывающей силы вдоль оси у-у определяются по формуле:
(6.10)
где Q – наибольшая поперечная сила балки;
Sx(у) – статический момент части сечения находящейся выше координаты у относительно центра тяжести балки;
s(y) – толщина балки в месте с координатой у.
Для места приварки горизонтальных листов к стенкам Sx будет равен статическому моменту полки, а s = 2 sB
Касательные напряжения от скручивающего момента:
(6.11)
где F – площадь прямоугольника, ограниченная осями симметрии стенок и поясных листов.
Проверка на прочность заключается в сравнении рабочих напряжений с расчетными сопротивлениями (допускаемыми напряжениями):
;
;
(6.12)
В опорном сечении (сечение I) рассчитываются касательные напряжения в сечении соответствующем нейтральной оси балки. Касательные напряжения от перерезывающей силы вдоль оси определяются по формуле (6.10) Для оси симметрии S x будет равен статическому моменту половины сечения, а s = 2sB. Касательные напряжения от изгибающего момента определяются по формуле (6.11). Условие прочности в этом случае выглядит следующим образом:
|
|
|
τ СУММ = τQ + τкр ≤ Rх·γС. (6.13)
Отклонение рабочих напряжений от допускаемых в формулах (6.9), (6.12) и (6.13) не должно составлять более ± 5%, в ином случае сечение балки изменяется в нужную сторону, либо может быть выбрана другая марка стали.
6.8. Проверка местной устойчивости стенок
В сжатых поясах потеря устойчивости происходит, когда напряжения сжатия превышают критические значения. Для повышения местной устойчивости вертикального листа, устанавливают ребра жесткости. Постановка вертикальных и горизонтальных ребер жесткости необходима, если h/sB > 160.В случае если 80 < h/sB < 160устанавливаются только вертикальные ребра жесткости, при h/sB < 80 устанавливать ребра жесткости не нужно.
Толщину ребра принимают sP > З мм + h /450. Расстояние между ребрами жесткости должно составлять не менее 1,2 h. Расстояние от верхнего горизонтального листа до места приварки горизонтального ребра жесткости должно составлять (1/4... 1/5) h.
6.9. Проектирование сварных соединений
В ходе выполнения курсового проекта необходимо выбрать способы сварки, типы сварных соединений, вспомогательные материалы и методы контроля качества сварки.
Поясные швы наиболее рационально сваривать сваркой под слоем флюса, для сварки стыковых швов может быть использована ручная дуговая сварки покрытыми электродами. При проектировании сварных соединений необходимо учитывать требования пунктов 12.6…12.13 СНиП II-23-81*. Форму разделки кромок и размеры элементов шва необходимо принимать по ГОСТ 5264, ГОСТ 8713 и ГОСТ 14771. Вспомогательные материалы выбираются по таблице 55 СНиП II-23-81*.
Стыковые сварные соединения необходимо проектировать так, чтобы обеспечить равную прочность соединений и основного металла – обеспечить полный провар по длине и толщине, выбрать соответствующие сварочные материалы, заложить в конструкторскую документацию использование неразрушающих методов контроля сварных швов. При соблюдении перечисленных требований сварные соединения строительных сталей не нуждаются в дополнительном расчете на прочность.
|
|
|
При проектировании поясных швов необходимо рассчитать минимальную величину катета k углового шва. Расчет проводится на срез по двум сечениям – по металлу шва и по металлу границы сплавления. Допускаемые напряжения на срез для сварных швов RWf и металла границы сплавления RWZ выбираются согласно таблице 3 СНиП II-23-81*.
Поясные швы являются связующими и воспринимают срезающие усилия. Срезающие усилия, приходящиеся на единицу длины шва, определяются по формуле
(6.14)
где Q – перерезывающая сила, действующая в опорном сечении;
Sx – статические момент пояса относительно оси х;
Jx – момент инерции опорного сечения относительно оси х.
Условие прочности поясного шва определяются выражением:
(6.15)
где β f и β z – коэффициенты пропорциональности между расчетной шириной шва и величиной катета, которые необходимо принимать равными 0,7 и 1,0 соответственно;
γ wf и γ wz – коэффициенты условий работы шва, которые принимать равными 0,85.
Расчетную минимальную величину катета находят из неравенства (6.15), в случае если она оказалась меньше минимально допустимой в строительных нормах и стандартах, то необходимо выбрать минимальное значение, предписываемое нормативной документацией.
Сварные швы узла сопряжения главной и концевой балки рассчитываются на восприятие силы Р = 1,2 QΣРАС. Эта сила передается двумя швами. Требуемая длина швов определяется по формуле
(6.16)
Главные балки опираются на концевые балки. Расчёт концевой балки приведён в разделе 8.
