Расчет металлоконструкции мостового крана

Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

1. Техническое задание

2. Выбор материала

3. Расчет и проектирование металлоконструкции мостового крана

3.1 Определение расчетных нагрузок

3.2 Построение линий влияния

3.3 Определение расчетных значений сил, действующих на элементы фермы от всех расчетных нагрузок

3.4 Определение площади сечений стержней ферм и их конструирование

3.5 Конструирование узлов

3.6 Конструирование и расчет сварных соединений

Список используемой литературы

1. Техническое задание

Сварные металлические конструкции широко применяются в различных видах зданий и сооружений. Применение сварки при изготовлении металлических конструкций позволило наиболее эффективно использовать прокатные, гнутые, штамповочные, литые и кованные заготовки.

Конструктивное оформление металлоконструкций мостовых кранов сводится к многообразным комбинациям из профильных и листовых элементов, т.е. решетчатым и балочным конструкциям.

По сравнению с решетчатыми листовые конструкции проще в изготовлении, лучше работают при переменных нагрузках, поэтому их объем все более увеличивается.

В балочных конструкциях, вне зависимости от положения груза, изменение знака напряжений в сечениях не происходит. Наиболее распространены мосты с коробчатыми сечениями главных балок, они хорошо сопротивляются изгибу в разных плоскостях и кручению.

Схема металлоконструкции решётчатого типа показана на рисунке 1.

Рисунок 1 Конструктивная схема металлоконструкции с главной балкой решётчатого тип 1 - концевая балка; 2 - главная ферма; 3 - горизонтальная ферма

2. Выбор материала

Материалом для сварных конструкций является прокатная сталь и алюминиевые сплавы. Выбор материала для различных элементов конструкции определяется техническими и экономическими соображениями.

Стали для строительных конструкций, согласно СНиП, подразделяются на условные классы прочности. В основном это малоуглеродистые стали, обладающие большой пластичностью, ковкостью, хорошей свариваемостью и низколегированные стали, обладающие большой пластичностью и высокой прочностью.

Малоуглеродистая сталь применяется в основных несущих конструкциях (балок), мостов легкого и среднего режимов работы - полуспокойная сталь и спокойная сталь Ст3 сп (Ст4 сп Ст5 сп).

Принимаем: малоуглеродистую сталь - Ст3 сп. ГОСТ 380-88.

кран мостовой ферма узел

3. Расчет и проектирование металлоконструкции мостового крана

3.1 Определение расчетных нагрузок

При расчете металлоконструкции учитываются все действующие на нее нагрузки:

- распределенные;

- сосредоточенные неподвижные;

- инерционные, действующие в вертикальной и горизонтальной плоскостях.

К сосредоточенным нагрузкам относятся веса частей крана (механизм, кабина).

К распределенным нагрузкам - нагрузка от собственного веса металлоконструкции, которую принимаем равномерно распределенной по длине конструкции. В проекте ее величина (q_p), определяется из суммы весов [4]

(1)

- вес одной главной фермы

(2)

- вес фермы жёсткости

(3)

- вес горизонтальной фермы

(4)

К подвижным сосредоточенным нагрузкам относятся вертикальные давления колес грузовых тележек (вес тележки и груза).

Инерционные горизонтальные нагрузки возникают при торможении моста крана. Инерционное усилие направлено поперек моста (в направлении движения крана).

От весов крана, тележки и поднимаемого груза (постоянной нагрузки) возникает распределенная горизонтальная инерционная нагрузка, которую подсчитывают в долях от постоянной нагрузки.

q_г= 0,1*q_р= кН (5)

Сосредоточенные горизонтальные нагрузки Q_r1 , Q_r2 , Q_r3 определяют:

1) от веса механизма передвижения (G_мех) , при весе механизма передвижения G_мех=20 кН:

Q_г1=0.1•G_мех=0.1•20=2 кH (6)

2) от веса кабины управления (G_каб), при весе кабины управления с элекрооборудованием G_каб=20 кН:

Q_г2=0.1•G_каб = 0.1•20 = 2 кН (7)

3) от веса тележки (G_т) и полезного груза (Q). Вес крановой тележки (G_т) определяется в зависимости от грузоподъемности по кривой - рис.2.

Рисунок 2 Зависимость веса тележки (Q_т) от грузоподъемности (Q)

(8)

Эта сила прикладывается в месте нахождения каждого из колес.

В расчетах принимаем следующие размеры тележки и крана, рис.1 (согласно ГОСТ 3332 - 54):

- колеса тележки d_т=2.0 м.;

- база колес тележки (расстояние между сосредоточенными перемещающимися грузами G_k) d=1.4 м.;

- база колес крана d_кр=4.4 м.

- подвижная нагрузка от колеса тележки

, (9)

где: k_Q - динамический коэффициент, учитывающий силы инерции при подъеме и опускании груза.

Для среднего режима работы принять: k_Q= 1.2



Расчетная схема главной фермы дана на рисунке 3.

Рисунок 3 Расчетная схема главной фермы

Высота главной фермы в середине пролёта

(10)

L - длина фермы d=1,5...2,5 м.

принимаем: h=2071 мм.

принимаем: d=2071 мм.

Расчет концевой балки в проекте не предусмотрен, ее размеры берутся конструктивно.

3.2 Построение линий влияния

В случае перемещающихся нагрузок (тележка крана), для определения расчетных усилий целесообразно построение линий влияния (Л. В.) реакций опор, поперечных сил в сечениях над стойками (Лист 3) по длине главной фермы от единичной силы. По линиям влияния определяется действующие в балках фермы сил.

Расчеты сводятся в таблицу (см. Лист 3).

Для построения Л. В. реакций опор прикладываем единичную силу на расстоянии Х от опоры А и В и находим [4]:

3.3 Определение расчетных перерезывающих сил от всех расчетных нагрузок

Методика определения расчетных изгибающих моментов и перерезывающих сил от всех расчетных нагрузок и результаты приведены на листе 3, где:

Расчетная продольная сила N от горизонтального воздействия нагрузки находят при тех же положениях[10]:

(11)

Таблица 1 Расчёт сил N

пояса	стержень	q?	Y*Gmax	Y*Gmin	N max	N min
Верхний	0'1'	0	0	0	0	0
	1'2'	-824,365	-287,338	7,9375	-1121,3	-826,028
	2'3'	-824,365	-287,338	7,9375	-1121,3	-826,028
	3'4'	-2216,04	-763,588	-30,1625	-2988,52	-2255,1
	4'5'	-2216,04	-763,588	-30,1625	-2988,52	-2255,1
	5'6'	-3040,4	-1042,99	-46,0375	-4095,29	-3098,34
	6'7'	-3040,4	-1042,99	-46,0375	-4095,29	-3098,34
Нижний	01	904,1423	315,9125	9,525	1232,855	926,4673
	12	824,365	287,3375	7,9375	1121,703	842,3025
	23	2091,937	725,4875	23,8125	2828,525	2126,85
	34	2091,937	725,4875	23,8125	2828,525	2126,85
	45	2854,253	982,6625	38,1	3848,516	2903,953
	56	2854,253	982,6625	38,1	3848,516	2903,953
	67	3102,449	1057,275	53,975	4171,924	3168,624
Раскосы	01'	-1072,56	-374,65	9,525	-1460,21	-1076,04
	1'2	981,4437	369,8875	-15,875	1352,331	966,5687
	23'	0,061132	-338,138	52,3875	-338,076	52,44863
	3'4	620,5815	306,3875	-84,1375	926,969	536,444
	45'	-443,329	-274,638	115,8875	-717,967	-327,442
	5'6	265,6797	242,8875	147,6375	508,5672	118,0422
	67'	-88,8248	-211,138	179,3875	-299,962	90,5627
Стойки	0'0	-84,1513	-211,138	0	-305,289	-94,1513
	2'2	-180,957	-227,013	0	-407,969	-180,957
	4'4	-180,957	-227,013	0	-407,969	-180,957
	6'6	-180,957	-227,013	0	-407,969	-180,957

3.4 Определение площади сечений стержней ферм и их конструирование

Размеры поперечного сечения стержней ферм подбираем с учетом расчетной силы N

Для стержней, испытывающих знакопеременные нагрузки, определяют коэффициент асимметрии цикла нагружения r:



(12)

и коэффициент понижающих напряжений

(13)

где Кэ - эффективный коэффициент концентрации напряжений.

В формуле для углеродистой стали а=0.58, в=0.28; для легированной стали а=0.65, в=0.8.

Кэ=3.4 - для угловых соединений.

Таблица 2 Значения R и для стержней главной фермы

пояса	стержень	r	г
Верхний	0'1'	1	1
	1'2'	0,736668	0,99
	2'3'	0,736668	0,99
	3'4'	0,754586	1
	4'5'	0,754586	1
	5'6'	0,756562	1
	6'7'	0,756562	1
Нижний	О1	0,751481	1
	12	0,750914	1
	23	0,751929	1
	34	0,751929	1
	45	0,754564	1
	56	0,754564	1
	67	0,759511	1
Раскосы	01'	0,736904	0,994869
	1'2	0,714743	0,95909
	23'	-0,15514	0,397694
	3'4	0,578708	0,785653
	45'	0,456068	0,675524
	5'6	0,232107	0,537844
	67'	-0,30191	0,361947
Стойки	0'0	0,308401	0,577973
	2'2	0,443555	0,665998
	4'4	0,443555	0,665998
	6'6	0,443555	0,665998

Растянутые стержни:

Сечение подбираются по формуле

е N - расчетное усилие;

- требуемая площадь сечения.

Сжатые стержни:

Сечение подбираются по формуле

, (15)

где - коэффициент продольного изгиба.

является функцией от гибкости , которая связана с геометрическими характеристиками сечения

; (16)

где l - длина стержня;

- коэффициент, зависящий от характера закрепления концов;

r - радиус инерции сечения.

; (17)



где I - момент инерции сечения;

F- площадь сечения.

По известной гибкости по таблице находят соответствующую величину .

Наиболее нагруженный стержень 6'7' из верхнего пояса, испытывает сжатие: N=-4095,29 кН, [у]_р=0,75•у_т=0,75•240=180 МПа

Принимаем ц= 0,8, F_тр=283 см² > 2 уголка №25x3, J= 16353 см⁴, F=283,92 см² r=7,6, л=27 > ц=0,95

Действительное напряжение в сечении: у=151,83 МПа < [у]_р

Наиболее нагруженный стержень 67 из нижнего пояса, испытывает растяжение: N=4171,92 кН, [у]_р=180 МПа

Принимаем F_тр=232 см² > 2 уголка №25x2,5, J=14013 см⁴, F=239,42 см²

Действительное напряжение в сечении: у=174,25 МПа < [у]_р

Наиболее нагруженный стержень 01' из раскосов, испытывает сжатие:

N=-1460,21 кН, [у]_р=0,75•г•у_т=0,75•0,995•240=179,1 Мпа

Принимаем ц= 0,8, F_тр=101 см² > уголок №25x2,2, J=6270 см⁴, F=106,12 см² r=7,69, л=30 > ц=0,95

Действительное напряжение в сечении: у=144,84 МПа < [у]_р

Наиболее нагруженные стержни из стоек 22', 44', 66' испытывают сжатие:

N-407,969 кН, [у]_р=0,75•г•у_т =0,75•0,665•240=120 Мпа

Принимаем ц= 0,6, F_тр=38 см² > уголок №16x1,1, J=1216 см⁴, F=38,8 см² r=5,6, л=37 > ц=0,94

Действительное напряжение в сечении: у=111,86 МПа < [у]_р

3.5 Конструирование узлов

Рациональное конструирование узлов требует, чтобы геометрические оси соединяемых стержней пересекались в одной точке, центре узла и чтобы была обеспечена возможность наложения швов. Для удобства прикрепления стержней в узлах обычно применяют косынки различных типов: надставок, вставок, прокладок, накладок.

Узлы без косынок следует применять, если могут быть обеспечены все правила рационального конструирования узла.

Различают технологические и монтажные стыки. Первые производят при недостаточной длине проката, вторые назначают по условиям транспортировки конструкции. Длина отдельного отправного элемента при перевозке на железнодорожной платформе не должна быть более 9-13 м.

Рисунок 4 Расположение стержней в узле фермы

3.6 Конструирование и расчет сварных соединений

Расчет требуемой длины шва, соединяющего стержни с косынками, производят по формуле:

где: [ф]' - касательные напряжения в швах от поперечной силы;

k - катет шва;

N - продольная сила

[ф]'=0,65•[у_р]=0,65•240=156 МПа

Для уменьшения концентрации напряжений стержни привариваются к косынке двумя фланговыми и одним лобовым швом, однако по рекомендациям СНИП при расчете длины шва его не учитывают (в запас прочности). Расчетная длина не должна быть меньше 30 мм.

Шов №1 ГОСТ 14771-76-Н1-20:

Швы, прикрепляющие косынку к поясу, рассчитываются на разность усилий в стержнях раскосов и стоек решётки, сходящихся в узле. Определяют алгебраические суммыи для узла (вдоль и поперёк рабочего сечения шва). По усилию, действующему вдоль шва, определяют в шве.

Рисунок 5 Усилия в ферме

Т.к. =0 в шве, то следовательно усилия в раскосах должны быть разных знаков. Если элемент N₁ растянут, то элемент N₂ сжат. В узле 1' усилия в раскосе 1'2 составляют +1352 кН, а в раскосе 1'0 равны 1460 кН. Определим сумму проекций усилий на горизонтальную ось, сдвигающую подкладку относительно пояса (в действительности максимальные усилия в стержнях 1'2 и 23' имеют место при не вполне одинаковом положении нагрузки). Таким образом, усилие T является несколько завышенным:

(для узла 1')

(для узла 4)

Напряжение в шве:

, где l - длина надставки.(20)

Тогда длина надставки определится (с учетом того, что усилие воспринимается двумя продольными швами):

(для узла 1')

(для узла 4)

Шов №5 ГОСТ 14771-76-Н1-16 и Шов №4 ГОСТ 14771-76-Т1-16:

Т.к. лобовой шов при расчетах не учитывают, то подсчитаем длину фланговых швов, приняв катет шва K=16 мм:

Для стержня 01'



Длина первого шва:

Длина второго шва:

Для стержня 1'2:

Длина первого шва:

Длина второго шва:

Для стержня 23':

Длина первого шва:



Длина второго шва:

Для стержня 3'4:

Длина первого шва:

Длина второго шва:

Для стержня 45':

Длина первого шва:

Длина второго шва:



Шов №2 ГОСТ14771-76-Н1-10 и Шов №3 ГОСТ14771-76-Т1-10:

Для стержня 00':

Длина первого шва:

Длина второго шва:

Для стержня 22':

Длина первого шва:

Длина второго шва:

Размещено на Allbest.ru

...