В песке средней крупности необходимо сделать уступ с вертикальными стенками, глубиной 3 м. Рассчитать анкерное крепление стенки уступа. Для крепления намечено применить стойки диаметром 0,06 м и доски толщиной 0,05 м.
Решение. Крепление котлована в сыпучих грунтах выполняют сплошное. Анкерное крепление (рис. 6.5) рассчитывается на активное давление грунта с учетом дополнительных нагрузок на призму обрушения
Активное давление , кПа, несвязного грунта определяется по формуле
, (6.19)
где Н – глубина траншеи, м; g – плотность грунта, кг/м3, принимается по справочным данным (табл. 6.1);
j ў – угол естественного откоса, град; определяется по табл. 6.2 или по формуле (6.2).
При заданном диаметре стойки необходимо определить диаметр затяжки по максимальному усилию Nmax:
, (6.20)
где l – шаг стоек (или пролет досок), м, рассчитывается по формуле (6.13).
При этом должно соблюдаться условие прочности по первому предельному состоянию для центрально-растянутых элементов:
, (6.21)
где Rp – расчетное сопротивление древесины растяжению вдоль волокон, кПа (принимается по справочным данным); F – площадь поперечного сечения затяжки, м2.
По табл. 6.1 принимаем следующие характеристики песка: g = 1450 кг/м3; j = 37°.
По формуле (6.2) определяем
.
Тогда активное давление на крепление согласно формуле (6.15):
= 1646 кг/м2 = 16,46 кПа.
По формуле (6.9) определяем шаг стоек:
м,
кг.
Из условия (6.17) определяем площадь сечения стяжки:
м2.
Тогда диаметр стяжки согласно формуле (6.14):
м.
Таким образом, при выполнении в песке средней крупности уступа с вертикальными стенками, глубиной 3 м необходимо устроить анкерное крепление. Доски толщиной 0,05 м должны удерживаться стойками, расположенными на расстоянии 0,56 м друг от друга, и стяжками с площадью сечения не менее 17 см2 (диаметр не менее 4,7 см).
Задача 6.7. Определить границу потенциально опасной зоны вблизи строящегося панельного здания, в пределах которой возможно падение предметов.
Решение. Границы опасных зон необходимо определять вблизи строящегося здания от падения предметов, во-первых, непосредственно со здания; во-вторых, при перемещении конструкций краном. В общих случаях границы опасных зон принимаются согласно СНиП III-4-80* (табл. 6.7).
Таблица 6.7Границы опасных зон в зависимости от высоты возможного падения предметов
Высота возможного падения предмета, м | Граница опасной зоны, м | |
от горизонтальной проекции максимальных габаритов перемещаемого машинами груза | от внешнего периметра строящегося здания или сооружения | |
< 10 | 3,5 | |
10–20 | ||
20,1–70 | ||
70,1–120 | ||
120,1–200 | ||
200,1–300 | ||
300,1–450 |
Для определения размеров опасной зоны, возникающей от возможного падения конкретных конструкций при перемещении их краном, можно пользоваться следующей формулой:
, (6.22)
где S к – предельно возможный отлет конструкции в сторону от первоначального положения ее центра тяжести при возможности свободного падения, м; l – длина стропа, м; j – угол между вертикалью и стропом, град; n – половина длины конструкции, м; h – высота подъема конструкции над уровнем земли в процессе монтажа, м.
Определим Sк при падении монтируемой стеновой панели ПС600.18.20-1 размерами 6ґ 1,8ґ 0,2 м массой 1800 кг с высоты 25 м:
м.
Границы опасной зоны вблизи башенного крана определяют по следующим формулам:
по длине рельсового пути
; (6.23)
по ширине рельсового пути
; (6.24)
где l – длина подкранового пути, м; b – ширина колеи, м; R – максимальный вылет крюка, м. Грузовые характеристики некоторых башенных кранов приведены в табл. 6.8.
Таблица 6.8
Грузовые характеристики башенных кранов
Марка крана | Грузоподъемность, кН | Вылет крюка, м | Высота подъема крана, м |
БК-300 | 8–25 | 9–30 | 45–72 |
БК-180 | 6–8 | 2,5–30 | 35,5–108,3 |
БК-573 | 4–8 | 2,5–40 | 35,5–147,5 |
МСК-10-20 | 10–20 | 36–46 |
м; м.
Если кран работает с компактными грузами, обладающими незначительной парусностью, то граница опасной зоны может быть подсчитана по формуле
, (6.25)
Определим S к при монтаже краном МСК-10-20 конструкции массой 8 т на высоту 30 м и угловой скорости вращения стрелы 0,1 1/с
м.
Задача 6.8. Подобрать стальные канаты для стропов с четырьмя ветвями при подъеме грузов с максимальным весом 40 кН при вертикальном и наклонном положении стропов.
Решение. Канаты, используемые в стропах, необходимо рассчитывать на прочность в соответствии с требованиями Госгортехнадзора. Расчетом определяем сечение каната по допускаемому усилию с учетом требуемого запаса прочности по формуле
, (6.26)
где Sдоп – допускаемое усилие в канате, Н; Р – разрывное усилие каната по заводскому паспорту или определяемое путем испытания, Н; K – коэффициент запаса прочности, принимается в зависимости от назначения каната (табл. 6.9)
Таблица 6.9Коэффициент запаса прочности стального каната
Назначение каната | К |
Стропы огибающие для подъема груза весом до 500 кН | |
Стропы огибающие для подъема груза весом более 500 кН | |
Стропы, прикрепляемые к грузу при помощи крюков или колец без его огибания | |
Ванты, расчалки, оттяжки с учетом нагрузки от ветра | 3,5 |
Полиспаст с ручной лебедкой | 4,5 |
Полиспаст с электрической лебедкой |
При вертикальном положении стропов допускаемое усилие в каждой ветви определяется по формуле
, (6.27)
где Q – вес поднимаемого груза, Н; m – число ветвей стропов.
Н = 10 кН.
С учетом коэффициента запаса K: кН
При наклонном положении стропа усилие в ветвях увеличивается:
, (6.28)
где a – угол наклона стропа к вертикали, град.
Примем угол наклона стропа равным 60°, тогда
Н = 20 кН.
С учетом коэффициента запаса K: кН.
Таким образом, допустимое усилие в ветвях стропа с учетом запаса прочности при подъеме груза весом 40 кН равно 80 кН при вертикальном положении стропов и 120 кН при наклонном положении стропов.
Основным несущим гибким элементом инвентарного канатного стропа является стальной проволочный канат, который состоит из определенного числа проволок, перевитых между собой и образующих прядь. Несколько прядей, также перевитых между собой и расположенных на центральном сердечнике, образуют собственно канат. Характеристики стальных проволочных канатов представлены в табл. 6.10.
По ГОСТ 2688-80* принимаем стальной канат типа ЛК-Р диаметром 15 мм. Разрывное усилие каната при расчетном пределе прочности 1666 МПа составляет 122 кН, что больше расчетного усилия, равного 120 кН.
Таблица 6.10Характеристика стальных проволочных канатов
Диаметр каната, мм | Площадь поперечного сечения проволок, мм | Масса 1000 м каната, кг | Разрывное усилие каната в целом, кН, при маркировочной группе проволок, МПа | |||
Канат 6ґ 36+1о.с. (ГОСТ 7668-80*) с числом проволок 216 шт., тип касания ЛК-РО | ||||||
11,5 | 51,96 | 70,95 | 75,1 | 78,2 | 80,7 | |
13,5 | 70,55 | 696,5 | 96,3 | 101,5 | ||
82,16 | 111,5 | 116,5 | 122,5 | |||
16,5 | 105,73 | 157,5 | ||||
125,78 | 171,5 | 175,5 | 186,5 | |||
233,5 | ||||||
185,1 | 252,5 | 258,5 | 280,5 | |||
23,5 | 252,46 | 352,5 | 375,5 | |||
283,8 | 387,5 | 396,5 | 430,5 | |||
325,4 | 454,5 | 493,5 | ||||
550,5 | 561,5 | |||||
Канат 6ґ 37+1о.с. (ГОСТ 3079-80*) с числом проволок 222 шт., тип касания ТЛК-О | ||||||
11,5 | 47,01 | 66,5 | 68,75 | 71,7 | 74,5 | |
13,5 | 66,56 | 662,5 | 94,2 | 97,1 | 100,5 | 105,5 |
15,5 | 85,54 | 851,5 | ||||
155,5 | 162,5 | |||||
19,5 | 135,5 | 191,5 | 206,5 | 215,5 | ||
21,5 | 244,5 | 255,5 | 266,5 | |||
193,6 | ||||||
225,4 | 318,5 | 328,5 | 358,3 | |||
266,25 | 376,5 | 388,5 | 423,5 | |||
428,5 | 441,5 | |||||
30,5 | 342,16 | 544,5 | ||||
Канат 6ґ 19+1о.с. (ГОСТ 2688-80*) с числом проволок 114 шт., тип касания ЛК-Р | ||||||
47,19 | 461,6 | 66,75 | 68,8 | 75,15 | ||
53,9 | 76,2 | 78,53 | 81,9 | 85,75 | ||
596,6 | 86,3 | 92,8 | ||||
74,4 | 112,5 | |||||
86,28 | 125,5 | |||||
16,5 | 104,6 | 147,5 | ||||
124,7 | 181,5 | 189,5 | ||||
19,5 | 143,6 | 218,5 | ||||
21,5 | 243,5 | 265,5 | ||||
22,5 | 188,8 | 287,5 | 303,5 | |||
215,5 | 304,5 | |||||
25,5 | 355,5 | 388,5 | ||||
274,3 | 399,5 | 436,5 | ||||
297,6 | 453,5 | |||||
30,5 | 356,7 | 504,5 | 567,5 | |||
599,5 | 625,5 |
Задача 6.9. Подобрать канаты для временного раскрепления колонны при помощи четырех растяжек. Высота колонны – 10,2 м; сечение – 0,5ґ 0,5 м; масса – 5300 кг.
Решение. Для временного раскрепления колонн необходимо не менее трех растяжек. Угол заложения растяжек к горизонту принимается обычно 45–60°, при углах заложения менее 45° увеличивается длина растяжки, при углах заложения более 60° в растяжках возникают значительные напряжения, что требует значительного увеличения их диаметра.
Для расчета принимаем 4 растяжки, угол заложения растяжек к горизонту a = 60°, высоту крепления растяжек h = 8 м (рис. 6.6).
Определяем расстояние от точки опрокидывания до места крепления растяжки к якорю b:
, (6.29)
где h – высота крепления растяжек, м; a – угол заложения растяжек к горизонту, град,
м.
Определяем опрокидывающий момент от собственного веса колонны относительно ребра опрокидывания М0, НЧ м:
, (6.30)
где Q – вес колонны, Н; e – расстояние от центра тяжести колонны до ребра опрокидывания, м.
Из рис. 6.6 м;
НЧ м.
Определяем давление ветра W, Н, на наветренную плоскость колонны
, (6.31)
где g0 – скоростной ветровой напор, Па, значения которого в зависимости от района строительства [5] следующие: I – 270 Па, II – 350 Па, III – 450 Па, IV – 550 Па, V – 700 Па, VI – 850 Па, VII – 1000 Па; k – коэффициент, учитывающий изменение скоростного напора по высоте с учетом типа местности (табл. 6.11); с – аэродинамический коэффициент сопротивления, который для сплошных балок и ферм прямоугольного сечения равен 1,49, для прямоугольных кабин и т.п. – 1,2, для конструкций из труб диаметром 170 мм – 0,7 и диаметром 140…170 мм – 0,5;
F – наветренная поверхность конструкции, м2.
Таблица 6.11 Значения коэффициента k [5]
Местность | Высота над поверхностью земли, м | ||||
Открытая | 1,25 | 1,55 | 1,75 | 2,1 | |
Покрытая препятствиями | 0,65 | 0,9 | 1,2 | 1,45 | 1,8 |
Н.
Момент от действия ветра на колонну, НЧ м, определяется по формуле
, (6.32)
где hў – расстояние от основания колонны до центра приложения ветровой нагрузки, м
Мв = 5319,3Ч 5,1 = 27128,4 НЧ м.
Определяем усилие в четырех растяжках SВ, Н:
, (6.33)
Н.
Усилие в одной растяжке , Н, определяется по формуле
, (6.34)
где b – угол между растяжкой и осью колонны в плане.
Н.
Расчетное усилие в растяжке , Н, принимается с учетом коэффициента запаса прочности, равного 3,5:
Н.
По ГОСТ 3079-80* принимаем стальной канат типа ТЛК-О диаметром 11,5 мм (табл. 6.10). Разрывное усилие каната при расчетном пределе прочности 1666 МПа составляет 66,5 кН.
Задача 6.10. Оценить устойчивость башенного крана при подъеме груза весом 15 кН с учетом дополнительных нагрузок и уклона пути (рис. 6.7). Исходные данные: G = 30 кН; c = 0,30 м; v = 0,5 м/с; t = 5 c; Wk = 150 Па; r = 15 м; Wг = 50 Па; n = 0,2 мин-1; h = 10 м; H = 25 м; a = 2°; b = 2 м; a = 25 м; r 1 = 26 м.
Решение. Для обеспечения устойчивости машин необходимо превышение момента удерживающих сил над моментом опрокидывающих сил.
Грузовая устойчивость крана обеспечивается при условии
, (6.35)
где Кг.у – коэффициент грузовой устойчивости, принимаемый равным 1,4 на горизонтальном пути без учета дополнительных нагрузок, и равным 1,15 с учетом дополнительных нагрузок; Мо.д – момент от основных и дополнительных нагрузок, действующих на кран относительно того же ребра опрокидывания с учетом наибольшего допустимого уклона пути, НЧ м; Мг – момент, создаваемый рабочим грузом относительно ребра опрокидывания, НЧ м;
, (6.36)
где Q – вес наибольшего рабочего груза, Н; a – расстояние от оси вращения до центра тяжести рабочего груза наибольшей массы, подвешенного к крюку, м; b – расстояние от оси вращения до ребра опрокидывания, м;
, (6.37)
где Мв – восстанавливающий момент от действия собственного веса крана, НЧ м; Му – момент, возникающий от действия собственного веса крана при уклоне пути, НЧ м; Мц.с – момент от действия центробежных сил, НЧ м; Ми.с – момент от инерционных сил при торможении опускающегося груза, НЧ м; Мw – момент от ветровой нагрузки, НЧ м,
, (6.38)
где G – вес крана, Н; с – расстояние от оси вращения крана до его центра тяжести, м; a – угол наклона пути крана, град (для передвижных стреловых кранов и кранов-экскаваторов a = 3° – при работе без выносных опор и a = 1,5° при работе с выносными опорами; для башенных кранов a = 2° – при работе на временных путях и a = 0° – при работе на постоянных путях);
, (6.39)
где h1 – расстояние от центра тяжести крана до плоскости, проходящей через точки одного контура, м;
, (6.40)
где n – частота вращения крана вокруг вертикальной оси, мин-1; h – расстояние от оголовка стрелы до плоскости, проходящей через точки опорного контура, м; H – расстояние от оголовка стрелы до центра тяжести подвешенного груза, который находится над землей на расстоянии 20–30 см;
, (6.41)
где v – скорость подъема груза (при свободном опускании груза v = 1,5 м/с); g – ускорение свободного падения, равное 9,81 м/с2; t – время неустановившегося режима работы механизма подъема (время торможения), с;
, (6.42)
где – момент от действия ветровой нагрузки на вертикальную плоскость крана; – момент от действия ветровой нагрузки на вертикальную плоскость груза; Wк – ветровая нагрузка, приложенная в центре тяжести крана, Па; Wг – ветровая нагрузка, действующая на наветренную площадь груза, Па; r = h и r 1 = h1 – расстояние от основания до центра приложения ветровой нагрузки, м. Wк и Wг определяют по формуле (6.31). Наветренную поверхность крана F, м2, определяют площадью, ограниченной контуром крана, умноженной на коэффициент заполнения элементами решетки, для сплошных сечений равный 1, для решетчатых – 0,3…0,4. В расчетах устойчивости кранов давление ветра для самоходных стреловых кранов принимают 250 Па, для высоких башенных – 150 Па.
Произведем расчет. Удерживающий момент согласно формулам (6.35)–(6.42):
НЧ м;
НЧ м;
.
Таким образом, грузовая устойчивость крана с учетом дополнительных нагрузок при заданных условиях эксплуатации обеспечена.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Охрана труда в строительстве. Инженерные решения: Справочник / В.И. Русин, Г.Г. Орлов, Н.М. Неделько и др. – Киев: Будивэльнык, 1990. – 208 с.
2. Инженерные решения по технике безопасности в строительстве / Н.Д. Золотницкий, А.М. Гнускин, В.И. Максимов и др. – М.: Стройиздат, 1969. – 264 с.
3. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия. – М., 1988. – 38 с.
4. СНиП 2.06.05-84. Плотины из грунтовых материалов / Госстрой СССР. – М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1985. – 32 с.
5. Кондратьев, А.И. Охрана труда в строительстве / А.И. Кондратьев, Н.М. Местечкина. – М.: Высшая школа, 1990.