Курсовая работа - Расчет и проектирование стропильной фермы. Расчет подкрановой балки - файл n1.doc

Курсовая работа - Расчет и проектирование стропильной фермы. Расчет подкрановой балки
скачать (1581.4 kb.)
Доступные файлы (3):
n1.doc613kb.21.02.2010 14:00скачать
n2.doc1283kb.21.03.2010 20:50скачать
n3.dwg

n1.doc






3. Расчет подкрановой балки
Задание: требуется рассчитать и законструировать сварную подкрановую балку крайнего ряда пролетом L=12 м под два крана тяжелого режима работы – 6К, грузоподъемностью Q=150/30 кН; пролет здания 24 м, пролет крана 22,5 м. Материал балки – сталь марки ВСт3 сп5 по ГОСТ 380-71*. Коэффициент надежности по назначению ?n=0,95.
Решение:
3.1 Определение нагрузок

Для крана грузоподъемностью Q=15/3 т, приложение 1, табл. 3[1] принимаем данные для расчета: F=190 кН, масса тележки Gt=7 т; крановый рельс КР-70 по ГОСТ 4121-76* (высота рельса h=120 мм, площадь сечения А=67,3 см2, Jx=1081,99 см4, Jy=327,16 см4, масса q=52,7 кг).

Вертикальное давление колеса крана по формуле:

F=d1·?f·?c·F· ?n=1,1·1,1·0,95·190·0,95=207,5 кН

d1=1,1- коэффициент динамичности

?f=1,1 - коэффициент надежности по нагрузке

?c=0,95 –коэффициент сочетания, СНиП 02.01.07-85*

?n=0,95 - коэффициент надежности по назначению.

Горизонтальное боковое давление колеса крана от поперечного торможения тележки

Т=0,05· (Q+ G )/n0=0,05·(150+70)/2=5,5 кН,

Тn=0,1·190=19кН- для кранов тяжелого режима, G- масса тележки, n0 – число колес на одной стороне мостового крана.

Т=d2·?f·?c·Т· ?n=1·1,1·0,95·19·0,95=18,9 кН

d2=1,0
3.2 Определение расчетных усилий
Для определения наибольших изгибающих моментов и поперечных сил устанавливаем краны в невыгоднейшее положение (см. Рисунок 8).



Рисунок 8 Крановые нагрузки для определения Мmax.

Положение равнодействующей сил R=3F по отношению к середине балки находим по значению х:

Х=F· [К-(В-К)]/3F=207,5· [4,4-(6,3-4,4)]/2·207,5=0,834 м=84 см, где

В=6300 мм – ширина крана;

К=4400 мм – база крана [1, приложение 1, табл.3]
Далее последовательно определяем:

Опорные реакции RА и RВ:

RА· 12-F1 ·a-F2·b-F3·c=0

RА=(207.5/12)· (8,32+6,42+2,02)=290 кН

RВ=3F-RA=3·207,5-290=332 кН

Наибольший изгибающий момент от вертикальных усилий в сечении балки под колесом, ближайшем к середине балки точка 2

Мmax=RA·(3,680+1,9)-F·1.9=290·5.58-207.5·1.9=1224 кНм

Расчетный момент с учетом собственного веса тормозной балки

Мх=?1·Мmax=1,05·1224=1285,2 кНм

Расчетный изгибающий момент от горизонтальных усилий

МТmax· (Тn/Fn)=1224· (19/190)=122,4 кНм

Наибольшее расчетное значение вертикальной поперечной силы, устанавливая краны в положение показанное на Рисунке 4



Рисунок 4 крановые нагрузки для определения поперечной силы Qmax

QA= ?1·Qmax= ?1(F/Lпр)·( Lпр+( Lпр-(В-К)=1,05·(207,5/12)·(12+10+5,7)=504,7кН

Наибольшую горизонтальную поперечную силу

QТ= Qmax· (Тn/Fn)=(504,7/1,05) ·19/190=48 кН

3.3 Подбор сечения балки:
Определяем приближенно наименьшую высоту балки из условия обеспечения жесткости при предельном относительном прогибе [1/n0]=1/600 и среднем коэффициенте надежности по нагрузке ?fm=1,15 [2]:

hmin=(l·n0/4800)·(1/?fm)=(1200·600/4800)·(1/1,15)=130 см

Затем требуемый момент сопротивления балки

Wd=M/?c·(Ry-2)=128520/(1·(22,5-2))=6270 см3,

где ?c=1 – коэфициент условий работы;

(Ry-2) – расчетное сопротивление стали, уменьшенное примерно на 20 МПа для учета действия горизонтальных сил торможения [2].

Предварительно толщину стенки назначаем по формуле

t?=7+3·hmin/1000=7+3·1300/1000=10,93 мм

Принимаем t?=10 мм.

Оптимальная высота балки

hopt=1,15=1,15=91 см

Принимаем стенку высотой h?=1200мм по ширине листового проката (ГОСТ 19903-74*). Проверяем толщину стенки на прочность при срезе по ф-ле:

t?=1,5Q/RS·h?=1,5·504,7/13·120=0,49 см<1 см, где

RS=0,58*R/ ?m=0,58*235/1,05=129,8~130 МПа

Минимальная толщина стенки при проверке ее по прочности от местного давления колеса крана составит

tmin=( ?f1·F1/3,25·?cRy) ·=(1,1·209/3,25·1·22,5) ·

·=0,17 см <1 см, где

F1= F· ?f=190*1,1=209кН;

?f1=1,1 – для кранов с гибким подвесом при среднем режиме работы;

Jr=1081,99 см4 – момент инерции подкранового рельса КР-70;

?c=1

Ry=225 МПа=22,5 кН/см2.

Определяем площадь сечения поясов балки:

2·Аf=(3/2) ·Wd/h?=3·6270/2·120=78,4 см2;

Аf=39,2 см2.

Принимаем симметричное сечение балки: стенка – 1200х10мм; А ?=120см2, верхний и нижний пояса одинаковые – 300х14 см, Аf=42 см2.

Состав сечения тормозной балки: швеллер №16, А=18,1 см2; горизонтальный лист из рифленой стали толщиной, равной 6 мм, и верхний пояс балки 300х14 мм, Рисунок 5.
Поддерживающий швеллер №16 в пролете необходимо опирать на стойку фахверка или на подкосы, прикрепленные к ребрам балки.

Рисунок 5 Компоновка сечения подкрановой балки.

3.4 Проверка прочности балки

Определяем геометрические характеристики балки:

Момент инерции относительно х – х

Jx=(1·1203/12)+2·1,4·30· (60+0,7)2=453497 см4;

Момент сопротивления симметричного сечения

Wx=2·Jx/h=2·453497/(120+2·1,4)=7386 см3;

Статический момент полусечения

Sx=1,4·30· (60+0,7)+60·1· (60/2)=4350 см3.

Определяем геометрические характеристики тормозной балки, включающей верхний пояс балки, рифленый лист и поддерживающий швеллер №16 – расстояние от оси подкрановой балки до центра тяжести сечения (ось yy):

Zy=Sy/=(18,1·93,2+82·0,6·5)2/(18,1+82·0,6+36·1,4)=38,8 см;

Момент инерции сечения брутто (имеющиеся в верхнем поясе отверстия для крепления рельса можно не учитывать ввиду незначительного их влияния на прочность сплошных сварных балок)

Jy=63,3+18,1·54,42+0,6·823/12+0,6·82·13,22+1,4·303/12+1,4·30·38,82=156083 см4;

Момент сопротивления крайнего волокна на верхнем поясе подкрановой балки

Wy=156083/(38,8+15)=2901 см3.

Проверку нормальных напряжений в верхнем поясе проводим по ф-ле:

?bt=M/ Wx+MT/ Wy=128520/7386+12240/2901=21,6 кН/см2 (216 МПа)<Ry ?c=225 МПа, где

?c=1;

некоторое недонапряжение допустимо ввиду необходимости удовлетворения расчету по прогибу.

Проверяем опорное сечение балки на прочность при действии касательных напряжений по ф-ле с учетом работы поясов:

?=QSx/ Jx t?=504,7·4350/453497·1=4,84кН/см2

48,4 МПа< RS =130 МПа;

То же, без учета работы поясов

?=1,5·Q/ h? t?=1,5·504,7/120·1=6,31кН/см2

63,1 МПа< RS =130 Мпа.
3.5 Проверка жесткости балки:

Вычисляем относительный прогиб балки от вертикальных нормативных нагрузок приближенно по ф-ле:

=111756·1200/10·2,06·104·453497=1/697<[1/n0=1/600],

Где Мn?М/1,15=128520/1,15=111756 кН·см;

Е=2,06·105 МПа=2,06·104 кН/см2

Из приведенных проверок принятого сечения балки по прочности и жесткости видно, что высота стенки балки выбрана оптимально.
3.6 Проверка местной устойчивости поясов балки:
Отношение ширины свеса сжатой полки к толщине составляет:

0,5bef/t=0,5·(300-10)/14=145/14=10,3<0,5=0,5=15,1 для стали марки ВСт3сп5.

Устойчивость поясов обеспечена.

3.7 Проверка местной устойчивости стенки балки:
Определяем условную гибкость стенки:

=(120/1)=3,96>2,5

Следовательно, необходима проверка оценки на устойчивость, т.к. ??=3,96>2,5 (при наличии подвижной нагрузки на поясе) необходима постановка поперечных ребер жесткости. При ??>3,2 расстояние между основными поперечными ребрами не должно превышать 2hef .

Назначаем расстояние между ребрами жесткости 2000мм, что меньше 2hef=2·1200=2400мм.

Определяем сечение ребер жесткости по конструктивным требованиям норм:

Ширина ребра br?h?/30+40=1200/30+40=80 мм

Принимаем br=900 мм;

Толщина ребра tr?2br=2·9=0,59 см,

Принимаем tr=6 мм.

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, Рисунок 6.
Т.к. длина отсека а=2,0м превышает его высоту hef= h?=1,2 м, то напряжение проверяем в сечениях, расположенных на расстоянии 0,5 hef=0,5·120=60 см от края отсека: длину расчетного отсека принимаем а0= h?=1,2 м.

Вычисляем x1=2000-600=1400мм, х2=6000-600=5400мм.


Рисунок 6 К расчету устойчивости отсеков стенки подкрановой балки: a -расположение расчетных отсеков; б – схемы к расчету опорного отсека; в – то же среднего отсека.

3.8 Проверка местной устойчивости стенки балки первого отсека:
Расположение катков кранов и эпюры Q и M показаны на Рисунке 6,б.

Опорная реакция:

QА=(4,3+8,7+10,6) ·F/12=1,97·F=1.97·207.5=408.8 кН

Среднее значение изгибающего момента и поперечной силы на расстоянии x1=1400мм от опоры (с учетом коэффициента ?1=1,05 на массу тормозной балки) составляет:

в сечении 1 – 1

М1=1,05·QA·0,8=1,05·408,8·0,8=343,4 кНм

Q1=1,05·QA=1,05·408,8=429 кН

в середине отсека при x1=1400мм

Мх1=1,05·QA·1,4=1,05·408,8·1,4=601 кНм

Q х1=1,05· ( QA-F)=1,05·(408,8-207,5)=211,4 кН

в сечении 2 – 2

М2=1,05· (QA·2-F·0,6)=1,05(408,8·2-207,5·0,6)=727 кНм

Q2=211,4 кН

Среднее значение момента и поперечной силы в расчетном отсеке

Мm=(М1 х1+ М2)/3=(343,4+601+727,7)/3=557кНм

Qm=(Q1+ Q2)/2=(429+211,4)/2=320 кН

Определяем напряжения в стенке опорного отсека при х1=1,4 м:

нормальные (в уровне верхней кромки стенки)

?= (Мm/Jx)yc=(55700/454000) ·60=7,36 кН/см2 (73,6МПа), где

yc=0,5 h?=0,5·120=60 см

касательные напряжения ?= Qт/ t?·h?=320/120·1=2,67 кН/см2(65МПа).

Местные напряжения под колесом мостового крана

?loc= ?f·F1/t?·lef=1,1·209/1·35,4=6,5 кН/см2(65МПа), где

?f=1,1 – при проверке устойчивости стенки;

F1=1,1·190=209;

lef= с =3,25 =35,4 см;

Jbt– сумма моментов инерции верхнего пояса Jf и кранового рельса КР-70

Jт, Jbt =Jx+Jr=(30·1,43/12)+1082=1089 см4

Определяем критические напряжения для стенки опорного отсека при отношениях

а/ h?=2000/1200=1,67>0,8;

?loc/ ?=6,5/7,36=0,88 и коэффициенте защемления стенки

?=?(bf/ hef)( tf/t?)3=2(30/120)(1,4/1) 3=1,37, где

?=2 – для не приваренных рельсов [СНиП II-23-81*, табл. 22]

При ?=1,37 и а/ hef=1,67 [СНиП II-23-81*, табл. 24] находим предельное значение [?loc/ ?] для балок симметричного сечения:

[?loc/ ?]=0,521, что меньше ?loc/ ?=0,88.

Критические напряжения вычисляем по ф-ле (81) [СНиП II-23-81*]:

?cr2Ry/=65,7·22,5/3,962=94,3 кН/см2(943 МПа), где с2=65,7 по [СНиП II-23-81*, табл. 25] при а/ hef=1,67; Ry=22,5кН/см2 (225 МПа);

Касательные критические напряжения по ф-ле (76) [СНиП II-23-81*]:

?cr=10,3(1+0,76/?2)Rs/=10,3(1+0,76/1,672)130/3,962=109 МПа

здесь ?= а/ hef=2000/1200=1,67; d= h?=1200 мм;



Критическое напряжение от местного давления колеса крана по ф-ле (80) [СНиП II-23-81*], при а/ hef=1,67<2,

?loc cr1Ry/=3,62·225/6,612=184,6 МПа, где

с1=36,2 по [СНиП II-23-81*, табл. 23] при ?=1,37 и а/hef=1,67



Проверяем устойчивость стенки балки по ф-ле (79) [СНиП II-23-81*] при ?loc?0:

??с=1

<1, т.е. устойчивость стенки в опорном отсеке балки обеспечена.

Проверяем устойчивость стенки балки в среднем (третьем от конца) отсеке, середина которого расположена на расстоянии х=5,4 м от опоры, Рисунок 6,в. Нагрузку от колеса крана располагаем посередине длины расчетного отсека. Вычисляем опорные реакции и строим эпюры Q и М:

QА=(F/12)(2,2+6,6+8,5)=1,44· F =1,44·207,5=299 кН

в сечении 3 – 3 будет

Q3= QА-F=1,44F-F=0,44F

По середине отсека и в сечении 4 – 4Q будет

Qx2= Q4= QА-2F=1,44F-2F=-0,56F

Qx2=-0,56·207,5=-116,2 кН

Среднее значение поперечной силы в расчетном отсеке, с учетом коэффициента ?1=1,05 на массу тормозной балки

Qm= кН

Изгибающий момент равен, Рисунок 6,в:

М3= QА·4,8-F·1,3=299·4,8-207,5·1,3=1165,5 кНм

Мх2= QА·5,44-F·1,9=299·5,4-207,5·1,9=1220,3 кНм

М4= QА·6-F·2,5-F·0,6=299·6-207,5·2,5-207,5·0,6=1150,7 кНм

Среднее значение момента с учетом коэф. ?1=1,05:

Мm=1,05· (М324)/3=1,05(1165,5+1220,3+1150,7)/3=1237,8 кНм

Определяем напряжение в стенке среднего отсека:

нормальные

?= Мх2 yc /Jx =123780·60/454000=16,4 кН/см2 (164 МПа), где

yc=0,5 h?=0,5*120=60 см

касательные напряжения ?= Qх2/ t?·h?=116,2/120·1=0,97 кН/см2(9,7 МПа).

Местные напряжения под колесом крана ?loc =65 МПа – по расчету опорного отсека.

Вычисляем критические напряжения для стенки среднего отсека балки при а/hef=2000/1200=1,67>0,8; ?=1,37; а/hef=1,67<2;

?loc/ ?=65/164=0,что меньше предельного значения [?loc/ ?]=0,521 по [СНиП II-23-81*, табл. 24 при ?=1,37 и; а/hef=1,67 ], следовательно критическое напряжение вычисляем по формуле (75) [СНиП II-23-81*], а ?locr по формуле (80); нормальное критическое напряжение по формуле (75) СНиПа.

Нормальные критические напряжения

?crcrRy/=32,2·225/3,962=462 МПа, где

сcr=32,2 по интерполяции [СНиП II-23-81*, табл. 21] при ?=1,37 =3,96 – по расчету опорного отсека;

Касательное критическое напряжение по по ф-ле (76) [СНиП II-23-81*], аналогично расчету опорного отсека

?cr=10,3(1+0,76/?2)Rs/=10,3(1+0,76/1,672)·130/3,962=109 МПа

здесь ?= а/hef=3000/1200=1,67; hef=1200 мм

Критическое напряжение от местного давления колеса крана находим по ф-ле (80) [СНиП II-23-81*] при а0=0,5а=0,5*200=100 см

?loc cr1Ry/=15,9·225/3,32=328,5 МПа, где

с1=15,9 по [СНиП II-23-81*, табл. 23] при ?=1,37 и а0/hef=100/120=0,833

==3,3

Проверяем устойчивость стенки среднего отсека балки при ?loc?0

??с==0,56<1, т.е. устойчивость стенки в среднем отсеке балки обеспечена.
3.9 Расчет сварных соединений стенки с поясами
Верхние поясные швы подкрановых балок из условий равнопрочности с основным металлом рекомендуется выполнять с проваркой на всю толщину стенки, и тогда их расчет не требуется. Толщину поясных швов в общем случае обычно в начале назначают по конструктивным требованиям и проверяют их прочность по условию (при расчете по прочности металла шва):

?R?f·??t·?c

Принимаем f=6 и проверяем условие

(1/2·1,1·0,6)=2,2кН/см2, <R?f=180, где

Sf=30·1,4·60,7=2550 см3; ?=1,1 – для атоматич. сварки проволокой d=3 мм, z=38,8 см; ?с=1; Qmax=504,7 кН; ?f1=1,1; ??f=1.

Условие прочности швов соблюдается.
3.10 Расчет опорного ребра
Опорное ребро балки опирается на колонну строганым торцом. Из конструктивных соображений принимаем сечение опорного ребра 260х14 мм. Площадь смятия ребра Аr=26,4х1,4=36,4 см2

Проверяем напряжения смятия в опорном ребре:

?r=Q/Ar=(504,7/36,4) ·10=139МПа<Rр=336 МПа при Run=370 МПа

Проверяем условную опорную стойку на устойчивость.

Для этого предварительно определяем:

расчетную площадь сечения

Ас= 26·1,4+0,65·t?=36,4+0,65·1=56 см2

Момент и радиус инерции сечения условной стойки

Jx=tI·br3/12=1,4·263/12=2080 см4

ix= см

Гибкость опорной стойки

?х= hef/ ix=120/6,09=19,7 ?=0,965 по т. 1 Прилож. 1, ст. 309 [2]

Проверяем устойчивость опорной стойки

?=Q/?Ac=504,7/0,965·56=9,34 кН/см2 (93,4 МПа)<Ry?c=225 МПа, где

?c=1

Проверяем прочность сварных швов прикрепления торцевого ребра к стенке – сварка ручная, =8 мм, расчетная длина шва:

l??60f=60·0,8=48 см;

??=Q/2(?ff)l?=504,7/2·0,7·0,8·48=9,39кН/см2 (93,9МПа)<R?f??f?c=180МПа, где ??f=1, ?c=1, т.е. прочность крепления торцевого ребра обеспечена.

Определяем массу сварной подкрановой балки –

G=?Al?=1,2·204·10-4·12·7,85=2,31 т, где

?=7,85 т/м3 – плотность стали;

?=1,2 – коэф. Строительный;

А=126·1+2·36·1,4=204см2=204·10-4м2



Учебный материал
© nashaucheba.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации