Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
1.Выбор стали и расчетных сопротивлений
для основного и наплавного металла.
По табл.50 СниП 11-23-81* [3] для группы конструкций 1 и климатического района 114 принимаем сталь обыкновенного качества С255 по ГОСТ 27772-88.
По табл.51 норм [3] для стали С255 при толщине листового широкополосного проката стенки балки от 10 до 20 мм назначаем предел текучести Ryn = 245 МПа, временное сопротив ление R un = 370 МПа и расчетное сопротивление по пределу текучести Ry = 240 МПа. Аналогичные прочностные показатели для стали поясов балки с толщиной проката от 20 до 40 мм будут : Ryn = 235 МПа, Run = 370 МПа, Ry = 230 МПа.
По табл.1 СНиП [3] вычисляем для стенки расчетное сопротивление стали на сдвиг (срез) : Rs = 138.6 МПа ,
где m=1.025 – коэффициент надежности по материалу в соответствии с п.3.2.
норм [3].
По табл. 4* и 55 СНиП [3] для автоматической сварки под флюсом, группы конструкций 1, климатического района 114 , стали С255 принимаем сварочную проволку Св-08АГ по ГОСТ 2246-70*.
По табл. 56 норм [3] для выбранного сварочного материала назначаем расчетное сопротивление углового шва по металлу шва Rwf = 200 МПа.
По табл.3 [3] вычисляем расчетное сопротивление по границе сплавления :
Rwz = 0.45*Run = 0.45*370 = 166.5 МПа.
Устанавливаем критерий расчетных сопротивлений угловых швов по п .11.2* СНиП-23-81* при Ryn < 285 МПа для автоматической сварки :
Rwz < Rwf Rwz*,
Rwz = 166.6 МПа < Rwf = 200 МПа > 166.5*= 174 МПа.
Здесь z = 1.15 и f = 1.1 – коэффициенты проплавления шва по табл. 34* [3].
Невыполнение неравенства означает, что дальнейший расчет следует вести по металлу границы сплавления.
2.Подсчет нагрузок на балку.
Вертикальное давление колеса крана :
F = Fn * f * kd * * n = 85*1.1*1.1*0.95*0.95 = 92.82 кН.
Здесь – Fn = 85 кН – нормативная сила вертикального давления колеса
крана на рельс, принятые для стандартных кранов по
ГОСТ6711–81 ;
– f = 1.1 – коэффициент надежности по нагрузке согласно п.4.8 СНиП 2.01.07 – 85 [1]
– kd1 = 1.1 – коэффициент динамичности для группы режима работы крана 7К
– = 0.95 – коэффициент сочетаний нагрузок по п.4.17 [1] для группы
режима крана 7К .
– f = 0.95 – коэффициент надежности по назначению для зданий 11 класса
ответственноси
Нормативное значение горизонтальной нагрузки, направленное поперек кранового пути, на каждое ходовое колесо крана, вызываемое перекосами мостового крана и принимаемое при расчете подкрановых балок с группой режима работы 7К составит :
Tn = 0.1*Fn = 0.1*85 = 8.5 кН.
Горизонтальное боковое давление колеса крана от поперечного торможения тележки :
T=Tn *f *kd2 * n = 8.5*1.1*1.1*0.95*0.95 = 9.28 кН,
где kd2 = 1.1 – коэффициент динамичности по п.4.9. норм [1].
3.Определение максимальных усилий .
Согласно теореме Винклера, наибольший изгибающий момент от системы подвижных грузов Мmax возникает в том случае, когда середина балки делит пополам расстояние между равнодействующими всех грузов Rf и ближайшим критическом грузом Rcr [8].
При схеме загружения положение равнодействующих четырех сил Rf = 4F относительно оси левого крайнего груза z будет :
М1 = 0 ;
z = =
= K + d = 3.7 + 0.5 = 4.2 м
Расстояние между критическим грузом и равнодействующей c = z – Вc = – 0.5 м
Знак минус означает, что критический груз находится правее равнодействующей.
Расстояние от критического груза до опор
а = 6.25 м
b = l – a = 12 – 6.25 = 5.75 м
Проверяем критерий правильности установки кранов :
>
<
Условие выполняется, следовательно, установка кранов является расчетной.
Здесь Ra и Rb – равнодействующие грузов соответственно слева и справа от критического.
Критический груз Fcr и равнодействующая Rf находятся на равных расстояниях от середины пролета балки 0.5с = 0.25 м .
4.Определяем максимальные расчетные усилия.
Расчетные усилия в подкрановой балке определяем с помощью построения эпюр М и Q.
Опорные реакции в балке при загрузке двумя кранами составят :
Мв = 0 : Va*L – F*(L – L1) – F*(L – L2) – F*(L – L3) – F*(L – L4) = 0
Va = =
= 193.38 кН
Vв = Rf – Va = 4*92.82 – 193.38 = 177.9 кН
Максимальный момент от вертикальной нагрузки в сечении под критическим грузом, ближайшим к середине балки :
Mmax = M3 = Va*L3 – F*(L3 – L1) – F*(L3 – L2 ) =
= 193.38*6.25 – 92.82(6.25 – 1.55) – 92,82(6.25 – 5.25) =
= 679.551 кН*м.
Расчетный изгибающий момент с учетом собственного веса подкрановой конструкции и возможной временной нагрузки на тормозной площадке
Mf = Mx = *Mmax = 1.05*679.551 = 713.53 кН*м,
где =1.05 – коэффициент учета собственого веса для балки пролетом 12 м.
Соответствующая ему расчетная поперечная сила
Qc = (Va – 3F) = 1.05*( 193.38 – 3*92.82 ) = – 89.33 кН.
Наибольший изгибающий момент от расчетных горизонтальных сил, вызванных перекосами моста крана :
Mt = My = Mmax = 679.55*0.1 = 67.96 кН*м.
Максимальная поперечная сила на опоре при расположении системы из двух кранов = наибольшей опорной реакции :
Mb = 0 : Va*L – F*L – F*(L – L’1) – F*(L – L’2) – F*(L – L’3) = 0
Qmax = Va = =
= 241.33 кН.
Расчетные значения поперечной силы от вертикальной нагрузки :
Qf = Qmax = 1.05*241.33 = 253.4 кН.
Максимальный нормативный момент в балке от загружения её одним краном, установленным на max M :
Опорные реакции :
Mа = 0 : Vb = 117.76 кН
y = 0 : Va = 2*Fn*n – Vb = 2*85*0.95 – 117.76 = 43.74 кН.
Нормативный момент Mn = M2 = Va*L1 = 43.74*6.25 = 273.38 кН.
Максимальный нормативный момент с учетом собственного веса балки
Mf,n = Mn = 1.05*273.38 = 287 кН.
5.Компановка и предварительный подбор сечений элементов составной балки.
Проектируем составную балку с более развитым верхним поясом.
Исходная высота подкрановой балки h = = 0.1* 1200 = 120 cм = 1.2 м.
Коэффициент, учитывающий влияние горизонтальных поперечных нагрузок на напряжения в верхнем поясе подкрановой балки определяется по следующей формуле :
= 1+2 = 1+ 2 = 1.15
h1 = b0+1 = 500+1000 = 1500 мм = 1.5 м
где b0 = 500 мм – привязка оси колонны ;
= 1000 мм – параметр для кранов группы 7К
Минимальная высота балки из условия жесткости при предельном относительном прогибе ( для кранов 7К) :
hmin = 48.9 см
Предварительная толщина стенки
tw = мм
принимаем с учетом стандартных толщин проката tw = 10 мм.
Требуемый момент сопротивления балки
WX.R = 3907 см3
Высота балки с оптимальным распределением материала по несимметричному сечению при =1.15
hopt = = = 79.2 см > hmin = 48.9 см ,
где =1.1 – 1.5 – коэффициент ассиметрии.
Оптимальная высота балки из условия гибкости стенки
hopt = = = 90.9 см ,
где 100 – 140 при L = 12 м w = 120.
Мимнальная толщина стенки балки из условия предельного прогиба
twf = 0.41 см.
Минимальная толщина стенки при проверке её по прочности от местного давления колеса крана :
tw, loc = = = 0.06 см ,
где – F1 = f*Fn = 1.1*85 кН – расчетная сосредоточенная нагрузка ;
– f1 = 1.3 – коэффициент надежности для кранов группы 7К, согласно п 4.8.[1];
– IR =1082 см4 – момент инерции кранового рельса типа КР – 70 .
Требуемая толщина стенки из условия прочности на срез без учета работы поясов :
tw,s см ,
где hw = h – 2*tf = 120 – 2*2 = 116 см – предварительная высота стенки.
Толщина стенки, соответствующая балке оптримальной высоты :
tw, opt = = = 0.74 см.
Высота стенки балки, соответствующая tw, opt
hw = tw*w = 0.74*120 = 88.9 см.
Учитывая интенсивную работу мостовых кранов (группа 7К) и мведение при изготовлении отходов металла к минимуму, принимаем габариты стенки с некоторым запасом, округленные до стандартных размеров на холстолистовую прокатную сталь по ГОСТ 19903-74* hw * tw = 1250 *10 мм.
Требуемая площадь поперечного сечения ассиметричной балки
А =
151.5 см2 ,
где h = hw+2tf = 125 + 2*2 = 129 см – предварительная высота балки при
исходной толщине поясов tf = 2.0 см.
Площадь верхнего пояса :
Aft = 16.5 см2.
Площадь нижнего пояса :
Afb = 5.97 см2.
Принимаем пояса балки из широкополочной универсальной стали по
ГОСТ 82-72* сечением : верхний bft*tft = 300*14 мм ; Aft = 42 см2 > 17.1 см2.
нижний bft*tft = 250*14 мм ; Aft = 42 см2 > 5.97 см2.
Полная высота подкрановой балки
h = hw+2tf = 1250 + 2*14 = 1278 мм
Скомпанованное сечение отвечает основным консруктивно-технологическим требованиям, предъявляемым к элементам подкрановой балки, в том числе :
bft = 300 мм мм
bft = 300 мм < bf,max = 600 мм
bft = 300 мм = 426 — 256 мм ;
bfb = 250 мм > bfb,min = 200 мм
tf = 14 мм < 3tw = 3*10 = 30 мм
< = 14.9
продольным ребром жесткости
tw = 10 мм > = = 8 мм
<
<
6.Установление габаритов тормозной конструкции.
Сечение тормозной балки проектируем из листа рифленой стали (ГОСТ 8568–77*) толщиной tsh = 6 мм ( с учетом высоты рифов – 8 мм ) с наружным поясом из швеллера №16, в качестве внутреннего служит верхний пояс подкрановой балки.
Ширина тормозного листа :
bsh = ( b0 + λi ) – ( ∆1 + ∆2 + + ∆3 =
= (500+1000 ) – ( 100+20++ 40 = 1270 мм, где λ1 = 1000 мм – для режима 7К
∆1 = 100 мм, ∆2 = 20 мм и ∆3 = 40 мм – габариты опирания листа
При шаге колонн Всоl = 12 м наружный пояс тормозной балки помимо колонн опирается на промежуточную стойку фахверка с шагом Вfr = Bcol / 2 = 6 м.
7.Вычисление геометрических характеристик скомпанованного сечения.
Положение центра тяжести подкрановой балки относительно оси, проходящей по наружной плоскости нижнего пояса
yв =
= 65.7 cм
Расстояние от нейтральной оси х – х до наиболее удаленного волокна верхнего пояса
yt = h – yb = 1278 – 657 = 621 мм = 62.1 мм
Момент инерции площади сечения брутто относительно оси х – х
Ix =
=
= 469 379 см4 ,
где а1 = yв – tf -- ; a2 = yt – ; a3 = yв –
Момент инерции ослабления сечения двумя отверстиями d0 = 25 мм для крепления рельса КР – 70
Ix0 = 2*d0*tf*( yt – = 2*2.5*1.4*(62.1 – 2 = 26 390 см4.
Момент инерции площади сечения нетто относительно оси х – х
Ix,nt = Ix – Ix0 = 469 379 – 26 390 = 442 989 см4
Моменты сопротивления для верхнего и нижнего поясов
Wft,x = 7 133 см3
Wfb,x = 6 743 см3
Cтатический момент полусечения для верхней части
Sx = Aft*(yt – + tw*
= 4 421 см3
Координат центра тяжести тормозной конструкции относительно центральной оси подкрановой балки у0 – у0
хс =
= 60 см,
где Ас = 18.1 см2 – площадь № 16, z0 = 1.8 см
Ash – площадь тормозного листа
Расстояние от нейтральной оси тормозной конструкции у – у до её наиболее удаленных волокон : xB = xc + 75 cм ха = ( b0 + i ) – (∆1 + xc ) = 50 + 100 – ( 10 +60 ) = 80 cм.
Момент инерции полщадь сечения тормозной балки брутто относительно оси у – у
где Ix , Ift и Ic – соответственно моменты инерции тормозного листа, верхнего пояса
балки и наружного швеллера .
Момент инерции площади ослабления
Iy0 = dc*tf*(xc – a)2 + d0*tf*(xc + a)2 = 2.5*1.4*(60 – 10)2 + 2.5*1.4*(60+10)2 =
= 25 900 cм4 , где а = 100 мм.
Момент инерции площади сечения нетто относительно у – у
Iy,nt = Iy – Iy0 = 383 539 – 25 900 = 357 639 cм4.
Момент сопротивления для крайнего волокна в верхнем поясе подкрановой балки
Wt,y = .
8.Проверка подобранного сечения на прочность.
Нормальные напряжения в верхнем поясе
кН/cм2 = 114 МПа < Ry*γc = 230 МПа
то же в нижнем поясе
кН/cм2 = 106 МПа < Ry*γc = 230 МПа.
Касательные напряжения на опоре
τ 2.52 кН/см2 = 25.2 МПа < Rs*γc = 138.6*1=138.6 МПа
то же без учета работы поясов
τ 3 кН/см2 = 30 МПа < Rs*γc = 138.6*1=138.6 МПа.
Условие прочности выполняется.
9.Проверка жесткости балки.
Относительный прогиб
Условие жесткости выполняется.
10.Проверка прочности стенки в сжатой зоне группы режима 7К.
Нормальные напряжения на границе стенки
кН/см2,
где y = yt – bft = 62.1 – 1.4 = 60.7 см .
Касательные напряжения
кН/см2
Сумма собственных моментов инерции пояса балки и кранового рельса КР – 70
см4,
где IR = 1082 см4 – момент инерции рельса КР – 70 .
Условная длина распределения давления колеса
= см.
Напряжения в стенке от местного давления колес крана
кН/см2
где γf = 1.3 – коэффициент увеличения вертикальной нагрузки на
отдельное колесо крана, принимаемый согласно п.4.8
СНиП 2.01.07 – 85 [1] для группы режима работы кранов 7К.
Местный крутящий момент
кН*см , где е = 15 мм – условный эксцентриситет смещения подкранового рельса с оси
балки ;
Qt = 0.1F1 – поперечная расчетная горизонтальная нагрузка, вызываемая
перекосами мостового крана ;
hR = 120 мм – высота кранового рельса КР – 70 ;
Сумма собственных моментов инерции кручния рельса и верхнего сжатого пояса балки
см4, где It=253 cм3 – момент инерции кручения кранового рельса КР – 70.
Напряжения от местного изгиба стенки
кН/см2
Локальные напрядения распорного воздействия от сосредоточенной силы под колесом крана
кН/см2 .
Местные касательные напряжения от сосредоточенного усилия
кН/см2 .
Местные касательные напряжения от изгиба стенки
кН/см2 .
Проверка прочности для сжатой зоны стенки подкрановой балки из стали с пределом текучести до 430 МПа для кранов группы режимов 7К согласно п.13.34 норм [3], выполняется с учетом всех компонент напряженного состояния по формулам (141…144) :
=
= =
= 10.02 кН/см2 = 100.2 МПа < β*Ry =1.15*240 = 276 МПа.
9.78 + 0.91 = 10.69 кН/см2 = 106.9 МПа < Ry =240 МПа.
3.64 + 0.4 = 4.04 кН/см2 = 40.4 МПа < Ry =240 МПа.
0.88+1.1+0.1=2.08 кН/см2 =20.8 МПа < Rs = 138.6 МПа.
Прочость стенки в сжатой зоне обеспечена.
11.Проверка местной устойчивости стенки балки .
Условная гибкость стенки
= = 4.27 > 2.5 – требуется проверка стенки на местную устойчивость, здесь hef hw = 125 см.
При 4.27 > 2.2 необходима постановка поперечных ребер жесткости [3].
По условиям технологичности и металлоемкости назначаем расстояние между ребрами жесткости равным а = 2000 мм < 2 hef = 2*1250 = 2500 мм .
Определяем сечение ребер жесткости по конструктивным требованиям норм [3]:
Для проверки местной устойчивости стенки балки выделяем два расчетных отсека : первый – у опоры, где наибольшие касательные напряжения, и второй – в середине балки, где наибольшие нормальные напряжения (рис.1.11).
1.Крайний отсек .
а = 2м > hef = hw = 1.25 м → проверяем сечения расположенные на
расстоянии 0.5hw = 0.5*125 = 62.5 см от края
отсека ;
длину расчетного отсека принимаем а0 = hw = =125 см.
Расстояние от опоры до середины расчетного отсека мм.
Опорная реакция – кН
Среднее значение момента и поперечной силы
кН*м
кН.
Нормальные напряжения в опорном отсеке в уровне верхней кромки стенки
кН/см2 .
Касательные напряжения в крайнем отсеке
кН/см2 .
Критические напряжения при и
вычисляем по формуле (81) СНиП II–23–81* [3]
кН/см2, где С2 = 62 – таблица 25 СНиП [3].
Касательные критические напряжения по формуле (76) СНиП
кН/см2, где μ = – отношение большей стороны пластины к меньшей, = = – наименьшая из сторон пластинок.
Коэффициент защемления стенки определяем по формуле (77) норм
, где β = 2 – коэффициент по таблице 22 СНиП для неприваренных рельсов.
Критические напряжения от местного давления колеса крана по формуле (80) СНиП II–23–81* при условии
кН/см2 , где – с1 = 34.6 – таблица 23 СНиП – = = .
Проверка местной устойчивости осуществляется по формуле (79) СНиП [3], при наличии местного напряжения :
= = < γc = 0.9.
Поскольку балка ассиметричного сечения с отношением и укреплена только поперечными ребрами жесткости, то, согласно п. 7.9. норм [3], устойчивость стенки следует проверять дважды, независимо от отношения .
Для второго случая критическое нормальное напряжение по формуле (75) СНиП
кН/см2 , где сCR = 32 – по таблице 21 СНиП при δ = 1.3 .
Критическое значение местного напряжения по формуле (80) норм [3].
кН/см2 , где с1 = 15 – по таблице 23 норм при и .
Рекомендуемая по п.79 СНиП II–23–81* условная гибкость стенки
= = .
Проверка местной устойчивости стенки для второго случая
= < γc = 0.9
Устойчивость стенки обеспечена.
2.Средний отсек .
а = 2м > hef = hw = 1.25 м → проверяем сечения расположенные на
расстоянии 0.5hw = 0.5*125 = 62.5 см от края
отсека ;
длину расчетного отсека принимаем а0 = hw = =125 см.
Расстояние от опоры до середины расчетного отсека мм.
Среднее значение момента и поперечной силы
кН*м
кН.
Нормальные напряжения в опорном отсеке в уровне верхней кромки стенки
кН/см2 .
Касательные напряжения в крайнем отсеке
кН/см2 .
Критические напряжения при и
вычисляем по формулам (75) (80) СНиП II–23–81* [3], но с подстановкой 0.5а вместо а при вычислении в формуле (80) и в таблице 23.
кН/см2, где СCR = 32 – таблица 21 СНиП [3].
Касательные критические напряжения по формуле (76) СНиП
кН/см2, где μ = – отношение большей стороны пластины к меньшей, = = – наименьшая из сторон пластинок.
Коэффициент защемления стенки определяем по формуле (77) норм
, где β = 2 – коэффициент по таблице 22 СНиП для неприваренных рельсов.
Критические напряжения от местного давления колеса крана по формуле (80) СНиП II–23–81* , но с подстановкой 0.5а вместо а при вычислении и в таблице 23.
кН/см2 , где – с1 = 15.2 – таблица 23 СНиП – = = 3.4.
Проверка местной устойчивости осуществляется по формуле (79) СНиП [3], при наличии местного напряжения :
= = < γc = 0.9.
Устойчивость стенки обеспечена.
Ребра жесткости размерами bh * ts = 100*8 мм привариваются к стенке балки двусторонними швами катетом kf = 5 мм. Торцы ребер жесткости должны быть плотно пригнаны к верхнему поясу балки; при этом необходимо строгать концы, примыкающие к верхнему поясу. Расстояние между ребрами жесткости и заводским вертикальным стыком стенки должно быть не менее 10*tw = 10*1 = 10 см [8].
Проверку общей устойчивости подкрановой балки не производим, т.к. её верхний пояс закреплен тормозной конструкцией по всей длине.
12.Расчет поясных швов.
Поясные швы выполняются автоматической сваркой в “лодочку” сварной проволкой Св08ГА диаметром d = 3–5 мм.
Верхние поясные швы подкрановых балок из условия равнопрочности с основным металлом выполняются с проваркой на всю толщину стенки и поэтому по техническим условиям их расчет не требуется [9].
Расчет нижнего поясного шва сводится к определению требуемой высоты шва.
Усилие сдвига, приходящееся на 1м длины нижнего шва по табл.38 СНиП [3].
кН/см2
см3
Требуемый катет нижнего поясного шва по металлу шва
см.
Конструктивно принимаем kf = 7мм, согласно табл.38 СНиП II–23–81*.
Верхние поясные швы назначаем высотой kf = 7мм > kf,min ≥ 0.8*tw = 0.8*1=0.8мм и выполняем их с полным проваром.
13.Проектирование наружного опорного
ребра балки.
Опорное ребро опирается на колонну строганным торцом, выпущеным на длину, не превышающую 1.5 толщины ребра.
Площадь смятия ребра
см2, где Rp = 370 МПа – расчетное сопротивление смятию торцевой поверхности.
По конструктивным требованиям, исходя из размеров нижнего пояса балки, принимаем ширину ребра bd = 360 мм.
Требуемая толщина ребра
см.
Конструктивно принимаем сечение опорного ребра bd* td = 360*8 мм.
Условная площадь таврового сечения
47.8 см2.
Момент инерции площади сечения условной стойки без учета (в виду малости) момента инерции стенки
см4.
Радиус инерции
см
Гибкость опорной стойки с расчетной длиной, рвной высоте стенки
Коэффициент продольного изгиба по таблице 72 СНиП [3] – φx = 0.974.
Проверка устойчивости условной опорной стойки
кН/см2 кН/см2.
Устойчивость опорного ребра обеспечена.
Проверяем прочность сварных угловых швов прикрепления опорного ребра к стенке с помощью ручной сварки (βz = 1.0), электродами Э46А, катетами швов kf = 9мм > kfmin = 6мм (табл. 38 СНиП) при расчетной длине шва
см.
Напряжение в шве
кН/см2 МПа Rwz*γwz*γc = 166.5 Мпа
Прочность балки обеспечена.