Балки применяют в различных перекрытиях, рабочих площадках, эстакадах, мостах, подкрановых балках и других конструкциях. Определяем расчетное значение вертикальной нагрузки, действующей на колесо крана, определяется по формуле, КН Расчетная горизонтальная нагрузка на колесо крана, вызываемая торможением тележки для кранов с гибким подвесом груза, определяется по формуле, КН. Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле, м3 После подбора сечения балки определяют ее фактические геометрические характеристики (моменты инерции, моменты сопротивления и т.п.) и проверяют балку на прочность и жесткость.Я, получил задание на курсовой проект: Рассчитать спроектировать подкрановую балку, длиной 12 метров, материал балки 09Г2, режим работы крана - тяжелый, пролет крана 22,5 метра, тип кранового рельса - КР-80, количество кранов одновременно воздействующих на подкрановую балку - 1, база крана 5,6 метра.
Введение
Балка представляет собой конструктивный элемент сплошного сечения, предназначенный для работы на поперечный изгиб. Балки применяют в различных перекрытиях, рабочих площадках, эстакадах, мостах, подкрановых балках и других конструкциях. Наиболее широкое применение сплошностенчатые балки находят для небольших пролетов при больших нагрузках. В случае больших пролетов и малых нагрузок рациональнее использовать сквозные балки или фермы, так как получаемая в данном случае экономия металла более существенна, чем увеличение трудоемкости.
Сварные балки обычно состоят из трех элементов: вертикального - стенки и двух горизонтальных - поясов (полок), присоединяемых к стенке при помощи сварки, как правило, автоматической. Возможны и другие конструктивные решения составных балок.
Устройство поясов из нескольких листов, сваренных по продольным кромкам, менее предпочтительно ввиду необходимости сварки протяженных швов, сложности обеспечения плотного прилегания поясных листов друг к другу, неравномерности распределения напряжений.
По статической схеме балки классифицируются на разрезные, консольные и неразрезные. В металлических конструкциях чаще применяют разрезные свободно опертые (без защемления) балки. Неразрезные балки и однопролетные защемленные балки более экономичны по расходу металла, однако сложнее в изготовлении и особенно в монтаже.
Балки разделяют по способу соединения элементов на сварные и клепаные. Наибольшее распространение получили сварные балки, так как они более экономичны по расходу металла и менее трудоемки при изготовлении. Клепаные балки применяют редко, как правило, для конструкций, работающих в условиях тяжелых динамических или вибрационных нагрузок.
Составные балки могут изготовляться из элементов с разными марками стали. Стенку балки, работающую в большей части на изгиб с незначительными напряжениями изготовляют из менее прочной и более дешевой углеродистой стали, а пояса - из низкоуглеродистой. Наибольший эффект достигается при использовании в растянутых элементах высокопрочной стали.
С исторической точки зрения балки непрерывно эволюционировали.
На первоначальном этапе осуществляли изготовление балок прокаткой на примитивных станках с относительно небольшими поперечными сечениями. Большое значение имела прокатка двутавров.
Условие проката не позволяло придавать им наиболее рациональные формы, полки имели небольшую ширину, а стенка - значительную толщину.
Такой тип был не рационален с позиции использования металла. В балке, работающей на изгиб, наиболее напряженная зона - полка. Стенка нагружена в меньшей степени. Следует основную массу металла иметь в полках, а в стенках - меньшую долю. Сварка открыла возможность создания рациональных коробчатых профилей. В настоящее время положение изменилось. Балки прокатываются с широкими полками с параллельными кромками, что облегчает взаимное сопряжение балок во взаимно перпендикулярных направлениях. Прокатываются тонкостенные двутавры.
1. Исходные данные
1.1 Параметры балки
Грузоподъемность, т 50
Количество кранов, одновременно воздействующих на балку 1
Пролет подкрановой балки, м 12
Нормативная подвижная нагрузка, КН 470
База крана, мм 5600
Режим работы крана Т
Тип кранового рельса КР-80
Материал балки 09Г2.
2. Расчетно-технологическая часть
2.1 Определение расчетных нагрузок, действующих на балку
Балки, применяемые в конструкциях перекрытий различных зданий и сооружений, воспринимают вертикальные сосредоточенные и распределенные нагрузки.
Нормативные нагрузки на колеса крана указаны в стандартах на краны (ГОСТ 25711-83 и ГОСТ 6711-81).
Определяем расчетное значение вертикальной нагрузки, действующей на колесо крана, определяется по формуле, КН
, где Fн - нормативная нагрузка на одно колесо крана;
?f - коэффициент надежности по нагрузке;
Kg - коэффициент динамичности;
nc - коэффициент сочетания
Расчетная горизонтальная нагрузка на колесо крана, вызываемая торможением тележки для кранов с гибким подвесом груза, определяется по формуле, КН.
, где Qkp - грузоподъемность крана;
g - сила тяжести тележки (при отсутствии значения g его можно принимать равным 0,3Qkp);
n - число колес на одной стороне моста крана
2.2 Определение расчетных усилий и построение эпюр
Для определения наибольших изгибающих моментов в балке от вертикальных и горизонтальных нагрузок устанавливаем кран в невыгодное положение.
Определяем реакции опор по формулам, КН
Определим поперечные силы по формулам, КН
Определяем изгибающие моменты по формулам, КН•м
Для определения максимальной поперечной силы один из грузов устанавливаем над опорой, а остальные располагаем как можно ближе к ней.
Определяем реакции опор по формулам, КН
Определяем поперечные силы по формулам, КН
Определяем изгибающие моменты по формулам, КН•м
Расчетные значения моментов и поперечных сил с учетом силы тяжести самой балки и временной нагрузки на тормозной балке будут равны: в пролете по формулам на опоре по формуле
2.3 Определение высоты балки и выбор типа ее сечения
Высота балки определяется из условия требуемой жесткости и условия получения наименьшей ее массы.
Из условия обеспечения жесткости наименьшая высота балки определяется по формуле, м
, где R - расчетное сопротивление стали;
l - пролет балки;
Е - модуль упругости материала;
f - максимальный прогиб балки
Определяем толщину стенки по формуле, мм
Принимаем толщину стенки тст=12 мм
Определяем оптимальную высоту балки из условия ее наименьшей массы по формуле, м
, где М - расчетный изгибающий момент балки;
m - коэффициент условий работы
Принимаем окончательно высоту балки h=1600 мм и толщину стенки тст=12 мм.
Проверяем стенку балки на срез по формуле, мм
Следовательно, принятая толщина стенки тст=12 мм удовлетворяет условиям ее работы на срез.
2.4 Подбор сечения балки
Определяем требуемый момент сопротивления балки по формуле, м3
Определяем требуемый момент инерции сечения балки по формуле, м4
Определяем момент инерции стенки балки по формуле, м4
, где hct - высота стенки балки hct=0,95•h
Определяем момент инерции двух поясов по формуле, м4
Определяем требуемую площадь сечения одного пояса по формуле, мм2
, где h1 - расстояние между центрами тяжести поясов, которое принимается равным h1=(0,95 - 0,98)•h
Принимаем сечение пояса 180х20 мм, площадь которого Ап=2110 мм2
Определяем величину свободного свеса пояса по формуле, мм
Проверяем условие обеспечения местной устойчивости сжатого верхнего пояса по формуле
2.5 Проверка прочности, жесткости и выносливости балки
После подбора сечения балки определяют ее фактические геометрические характеристики (моменты инерции, моменты сопротивления и т.п.) и проверяют балку на прочность и жесткость.
Вычисляем геометрические характеристики сечения подкрановой балки. Момент инерции по формуле, м4
Определяем момент инерции нетто с учетом ослабления верхнего пояса, м4
Определяем моменты сопротивления по формулам, м3
Определим статический момент полусечения по формуле, м3
Вычисляем геометрические характеристики тормозной балки относительно вертикальной оси У-У, проходящей через центр тяжести ее сечения по формуле, мм
, где Аш - площадь сечения швеллера;
Ал - площадь сечения горизонтального листа тормозной балки;
Ап - площадь сечения верхнего пояса подкрановой балки
Определяем момент инерции тормозной балки относительно оси У-У по формуле, м4
Определяем момент сечения тормозной балки относительно оси У-У по формуле, м3
Проверка нормальных напряжений в верхнем поясе подкрановой балки при наличии тормозной балки производится по формуле, МПА
Проверка касательных напряжений на опоре в центре тяжести сечения производится по формуле, МПА
Вычислим сумму моментов инерции сечений верхнего пояса балки и прикрепленного к нему рельса КР-80 по формуле, м4
Определяем условную длину распределения нагрузки от колеса крана по формуле, м
Проверяем прочность стенки балки от действия местных напряжений по формуле, МПА
,
где n1 - коэффициент, учитывающий неравномерность давления кранового колеса и повышенную динамичность под стыками рельсов;
Fc - расчетная сосредоточенная нагрузка от колеса крана без учета коэффициента динамичности
Определяем нормальные напряжения в стенке на уровне поясных швов по формуле, МПА
, где у1 - расстояние от главной оси х-х до верхней кромки стенки
Определяем среднее касательное напряжение в проверяемом сечении по формуле, МПА
Прочность стенки балки у верхнего пояса по приведенным напряжениям проверяем в сечении, где действует максимальный изгибающий момент по формуле, МПА
Определим момент от вертикальных нормативных нагрузок, КН•м
Для проверки жесткости балки определяем ее максимальный прогиб по формуле
Величина относительного прогиба не должна превышать допустимого, установленного нормами
2.6 Проверка общей и местной устойчивости балки
Местная устойчивость сжатого пояса обеспечена при подборе его сечения.
Определяем условную гибкость стенки по формуле
Определяем сечение ребер жесткости.
Ширина ребра жесткости определяется по формуле, мм
Принимаем bp=80 мм.
Толщина ребра жесткости определяется по формуле, мм
Принимаем тр=6 мм.
Подкрановая балка имеет постоянное сечение по всей длине.
Поэтому проверку местной устойчивости стенки выполняем для среднего отсека, где наибольшие нормальные напряжения и опорного отсека, где наибольшие касательные напряжения.
Для определения среднего значения изгибающего момента в пределах заданного участка отсека находим значение изгибающего момента в точках 1 и 2 по формулам, КН•м
Определяем средний изгибающий момент по формуле, КН•м
Определяем нормальное напряжение на верхней стенке по формуле, МПА
Определяем среднее касательное напряжение по формуле, МПА
Определяем местное напряжение по формуле, МПА
Определяем критические напряжения для среднего отсека.
Находим коэффициент ? по формуле
Отношение
Отношение
Это отношение не больше предельного, при определенном значении ?=0,831, поэтому нормальное критическое напряжение находим по формуле, МПА
Определяем критическое касательное напряжение по формуле, МПА
Определяем критическое напряжение от местного давления по формуле, МПА
Проверяем устойчивость стенки по формуле
Аналогично производим проверку местной устойчивости стенки для опорного отсека.
Определяем изгибающие моменты в точках 3 и 4 и находим его среднее значение по формулам, КН•м
Определяем средний изгибающий момент по формуле, КН•м
Поперечная сила имеет одинаковое значение по всему отсеку.
Она равна реакции опоры Ra и определяется по формуле
Определяем напряжения в опорном отсеке по формулам, МПА
Проверяем устойчивость стенки по формуле
Устойчивость балки в среднем и в опорном отсеках обеспечена.
2.7 Расчет сварных соединений
Принимаем катет поясных швов, соединяющий верхний пояс со стекой балки К=8 мм.
При автоматической сварке коэффициент ?=1,1.
Проверим прочность поясных швов по формуле, МПА
Для поясных швов, соединяющих нижний пояс со стенкой, принимаем катет К=6 мм.
Проверим прочность швов по формуле, МПА
Катет швов, приваривающих ребра жесткости к поясам и стенкам, принимаем в соответствии с отношением равным К=6 мм. Эти швы не передают рабочих напряжений и на прочность не рассчитываются.
2.8 Расчет опорных ребер
Определяем площадь сечения опорного листа определяем по формуле, мм2
Принимаем опорный лист сечением 100?12 мм, площадь которого АСМ=1200 мм2.
При проверке на устойчивость опорной стойки из плоскости балки в состав этой стойки включаем опорный лист и полосу стенки шириной, которую определяем по формуле, м
Принимаем by=280 мм.
Определяем площадь сечения условной опорной стойки по формуле, мм2
Определяем момент инерции сечения условной опорной стойки относительно собственной оси X-X по формуле, м4
балка сечение подкрановый сварной
Определяем минимальный радиус инерции сечения по формуле, м
Определяем гибкость условной опорной стойки по формуле
По гибкости находим коэффициент ?=0,82
Проверяем условную опорную стойку на продольный изгиб по формуле, МПА
Принимаем катет швов, соединяющих опорный лист со стенкой и поясами К=6 мм.
Проверяем прочность швов по формуле, МПА
.
Вывод
Я, получил задание на курсовой проект: Рассчитать спроектировать подкрановую балку, длиной 12 метров, материал балки 09Г2, режим работы крана - тяжелый, пролет крана 22,5 метра, тип кранового рельса - КР-80, количество кранов одновременно воздействующих на подкрановую балку - 1, база крана 5,6 метра.
В процессе работы я определил: расчетные нагрузки, действующие на балку, расчетные усилия и построил эпюры изгибающих моментов и поперечных сил, определил высоту балки и подобрал ее сечение, проверил: прочность, жесткость и местную устойчивость балки, рассчитал сварные соединения и опорные ребра.
Размещено на
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
