НАУКА-СТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

В соответствии с действующими нормами усилия от мостовых кранов определяются с помощью ряда коэффициентов, учитывающих особенности крановых нагрузок: надежности 7р, сочетания пс, динамичности пд и коэффициента, учитывающего местное увеличение давления колеса крана х.

Учитывая многообразие факторов, влияющих на усилия от мостовых кранов, следует отметить относительно малую дифференциацию этих коэффициентов например, у принимается 1,1 для всех кранов).

Унифицированный подход к определению нагрузок при новом проектировании естествен и в какой-то степени является вынужденным (хотя, с нашей точки зрения, и в рамках существующих норм возможна большая дифференциация рэкомендуемых коэффициентов).

СНиП 2.03.01—84 "Нагрузки и воздействия" предусматривает большее число значений коэффициентов пд и пх по сравнению с нормами СНиП М-6-74.

При расчете подкрановых балок коэффициент Пд принимается: 1,2— при шаге колонн не более 12 м для мостовых кранов режима 8К; 1,1 — для мостовых кранов режима работы 6К и 7К, а также для подвесных кранов; 1 — во всех остальных случаях. При учете местного и динамического действия сосредоточенной вертикальной нагрузки от одного колеса крана полное нормативное значение этой нагрузки следует умножать при расчете балок крановых путей на дополнительный коэффициент nlf равный: 1,6 - для кранов режима работы 8К с жестким подвесом груза; 1,4 — для кранов режима 8К с гибким подвесом груза; 1,3 — для кранов режима 6К и 7К; 1,1 — для остальных кранов.

Как показывают исследования крановых нагрузок, выполненные в условиях действующего производства, фактические значения нагрузок намного отличаются от нормативных и, как правило, в меньшую сторону и имеют большой разброс. Поэтому при реконструкции следует использовать возможность индивидуального подхода к назначению расчетных нагрузок от мостовых кранов, что обычно позволяет выявить значительные резервы несущей способности.

В то же время конкретные особенности реконструируемого производственного здания, использование резервов несущей способности конструкций могут потребовать для обеспечения их надежности учета некоторых факторов, неблагоприятно влияющих на работу конструкций и не учитываемых обычно в расчетах (неравномерное распределение вертикальных давлений колес мостовых кранов, динамический характер крановой нагрузки) ,

Вертикальные усилия колес мостовых кранов определяются следующими основными факторами: изменчивостью веса крана, веса груза, приближением тележки к балке; неравномерным распределением вертикальных давлений между колесами крана; динамическим характером нагрузки от мостовых кранов.

Каждый из этих факторов может быть учтен соответствующим коэффициентом по отношению к нормативному давлению колеса — коэффициентом надежности вертикальной крановой нагрузки 7Г коэффициентом неравномерности пн и коэффициентом динамичности Пд.

Определение коэффициента перегрузки вертикальной крановой нагрузки. Вертикальное нормативное давление колеса крана при условии равномерного распределения веса моста между всеми колесами можно определить по формуле

Из формулы видно, что фактическое давление колеса крана может отличаться от нормативного вследствие изменчивости веса моста и тележки, изменчивости веса груза и положения тележки. Все экспериментальные исследования по изучению крановых нагрузок можно разделить на две группы: 1 — усилие на колесо крана определялось с помощью дифференцированного изучения факторов, определяющих его значение (вес моста и тележки, вес груза, положение тележки); II - для вычисления усилия на колесе крана в качестве динамометра использовались элементы конструкций крана или каркаса цеха, при этом не фиксировались вес поднимаемых грузов и положение тележки. Исходные данные, получаемые при испытаниях, в первом случае дают более обширную и полезную информацию, позволяющую сделать выводы о величинах поднимаемых грузов и характере их изменения, о фактическом приближении тележки крана и возможности ограничения этого приближения.

При проведении расчета конкретного здания при реконструкции нет необходимости определять коэффициент надежности по нагрузке, можно сразу вычислить расчетное усилие колеса крана по формуле

Если вес моста крана и тележки определяются по паспортным данным, то коэффициент перегрузки может быть принят 1,05. При этом в нормативную нагрузку следует включить вес элементов усиления крана, произведенного за период эксплуатации.

Если вес моста крана и тележки устанавливается по результатам взвешивания крана, то коэффициент перегрузки может быть принят 1, Взвешивание производится со стороны кабины крана с помощью гидравлических домкратов, оборудованных манометрами. Домкраты в сборе с манометрами тарируются на прессе. Взвешивание производится при двух положениях тележки - максимально приближенной и максимально удаленной от путей, на которых установлены домкраты.

Для измерения веса груза может применяться горизонтальная скоба, оборудованная электроконтактным дискретным датчиком перемещения. Скоба устанавливается на неподвижном грузовом канате в удобном для крепления месте. Для регистрации положения тележки по длине крана может быть применен структурно-роликовый датчик перемещения, который прикрепляется на конструкциях ограждения крана и соединяется с грузовой тележкой.

Для регистрации показаний целесообразно применять самописцы типа Н 327 с числом каналов не менее двух. По результатам испытаний выявляется максимальное приближение тележки к оси кранового пути а и расчетное значение веса груза Q.

Нормативное вертикальное давление колеса вычисляется по формуле (если вес крана принимался по каталогу или паспортным данным) или по формуле (если вес определялся по результатам взвешивания)

Расчетное вертикальное давление колеса определяется по формуле (если вес крана принимался по каталогу и паспортным данным) или по формуле (если вес крана вычислялся по результатам взвешивания)

Расчетный вес груза определяется или по результатам испытаний и последующей статистической обработки, или может быть найден по формуле

Определенное с учетом конкретной технологии по формулам расчетное усилие колеса крана, как правило, меньше расчетного усилия, вычисленного по нормам.

Перераспределение вертикальных давлений между колесами (неравномерность вертикальных давлений) присуще не только мостовым  кранам, но и любым другим   механизмам,   которые представляют собой плоские или пространственные рамы с жесткими узлами и опираются на четыре и более опоры. Оно объясняется статистической неопределимостью рамы и разностью отметок опирания колес. Неравномерность вертикальных давлений колес крана удобно оценивать коэффициентом неравномерности.

Значение и можно определить теоретически в результате расчета моста крана как плоской рамы на смещение одной из опор в вертикальной плоскости.  

Для сравнения результатов расчета с действительными значениями и были проведены испытания 21 крана грузоподъемностью 5—20 т. Все краны — четырехкатковые с главными и концевыми балками коробчатого сечения. При испытаниях определяли изменение давления колес при их вертикальном перемещении. Подъем колес и регистрация изменения их давления осуществлялись гидравлическими домкратами, оборудованными прецизионными манометрами. Высоту подъема, фиксировали прогибомерами Максимова. За неподвижную точку принимался тормозной лист, тем самым исключалось влияние прогиба подкрановых балок на величину вертикального перемещения колеса.

В результате сравнения экспериментальных и теоретических значений и получены конструктивные поправки, изменяющиеся в широком диапазоне — 0,238-0,74. Значительное отличие конструктивной поправки от единицы можно объяснить податливостью узлов соединений главных и концевых балок, принятых в расчете абсолютно жесткими.

Анализируя данные, можно заметить зависимость между конструктивной поправкой и расстоянием между главными балками. Наименьшему расстоянию между главными балками моста, равному 1,4, соответствует минимальная конструктивная поправка, меняющаяся в пределах 0,237—0,274. С увеличением расстояния между   главными балками растет и конструктивная поправка. Конструктивные поправки, соответствующие определенному расстоянию между главными балками моста, В первом приближении зависимость между конструктивной поправкой и расстоянием между главными балками можно выразить линейным уравнением у = А + Вх, Коэффициенты этого уравнения найдены по способу "наименьших квадратов"; А = 0,086; В= 0,13.

Таким образом, в результате анализа состояния более 10 км подкрановых путе й получено расчетное значение А, равное 35 км {для условной базы крана 6 м).

Как уже отмечалось, на значение изменения давления колеса влияют прогибы подкрановых балок, Причем разная податливость подкрановых балок может и увеличивать имеющуюся неравномерность давлений колес и уменьшать ее. С расчетной точки зрения нас интересует случай увеличения давления колеса.

Изменение давления колеса, вызываемое разными прогибами подкрановых балок, зависит от ряда параметров: пролетов балок по двум противоположным рядам, соотношения базы крана и пролета балки;   положения тележки на мосту, веса груза на крюке,

Оценим влияние податливости путей на значение давления колеса для случая загружения их одним краном в соответствии со схемой, причем балки противоположных рядов имеют разные пролеты (что характерно для двух и многопролетных зданий), два колеса располагаются в пролете, два — над опорами.

Определение динамических коэффициентов. Увеличение давления колес в результате динамического характера крановой нагрузки может произойти вследствие трех основных причин: ударного действия нагрузки при движении крана по стыкам рельсов, из-за неровностей пути и крановых колес, влияния инерционных сил неуравновешенных частей механизмов крана и груза, влияния движения массы крана при идеально гладких путях.

Согласно некоторым исследованиям [24], можно утверждать, что инерционные силы неуравновешенных частей механизмов крана и груза и масса крана при своем движении по идеально гладким путям практически не влияют на вертикальное давление колеса. Основным фактором, определяющим динамический коэффициент вертикального давления колеса, является удар колеса при прохождении краном стыка рельса.

Следует различать динамические коэффициенты, полученные по прогибам подкрановых балок (или напряжениям по нижнему поясу балок) и динамические коэффициенты, полученные по отношениям динамических и статических давлений колес крана (или напряжений в стенке балки под колесом). В первом случае динамический коэффициент можно назвать общим, а во втором, учитывая локальное действие местных сжимающих напряжений, местным динамическим коэффициентом. В общем виде местный динамический коэффициент может быть получен по формуле

Таким образом, задача сводится к определению динамической силы, возникающей при ударе колеса крана о рельс. Решение задачи можно разбить на два этапа. Первый этап — заданное движение колеса, прикрепленного к главной балке моста, с момента съезда с препятствия до начала контакта с рельсом. В результате этого перемещения образуется динамическая поперечная сила, направленная вверх. Второй этап — удар колеса крана о рельс. Динамическая сила FAMH получается как сумма двух сил — динамической поперечной силы Один и силы удара FyA. Такой метод решения хорошо подтверждается экспериментом. Осциллограммы записей напряжений, измеряемых тензодатчиками, наклеенными на стенке балки и на нижнем поясе балки, из которых ясно видно, что сначала давление колеса уменьшается (съезд с препятствиями — образование силы Один)/ а затем резко возрастет  

Коэффициент к учитывает геометрические и физические параметры соударяемых тел; с — коэффициент жесткости балки.

Под общим динамическим коэффициентом условимся понимать коэффициент увеличения давления колеса крана при расчете общей прочности балки. В соответствии с существующим методом расчета этот коэффициент принимается для всех катков крана, находящихся на балке, что в принципе неправильно, так как практически исключен случай одновременного удара колес, расположенных с одной стороны крана. Его следует рассматривать как коэффициент, увеличивающий расчетные усилия в балке (изгибающий момент и поперечную силу) вследствие динамического характера нагрузки.

При определении общего динамического коэффициента надо исходить из того, что удар вызывается одним колесом независимо от того, сколько колес находится на балке. При таком подходе можно проанализировать изменение значения общего динамического коэффициента в зависимости от места удара, пролета балки, количества колес на балке по отношению к максимальной поперечной силе и максимальному изгибающему моменту.

Динамические коэффициенты вычислены при условии, что удар происходит в наиболее неблагоприятном для рассматриваемого усилия месте по длине балки. Для поперечной силы — это опора и этому сечению соответствует наибольший местный динамический коэффициент, чем объясняется большой общий динамический коэффициент для поперечной силы, достигающий 1,5 для балок пролетом 6 м. Если стык рельсов находится не на опоре, а смещен в 1/4 пролета, то динамический коэффициент по отношению к поперечной силе существенно снижается и его величину можно принимать по графику динамического коэффициента для момента.

Экспериментально общие динамические коэффициенты обычно получают по прогибам подкрановых балок. Подавляющее большинство экспериментальных значений этих коэффициентов определены по результатам заездов одного крана с грузом и без груза, так как даже в условиях эксперимента провести заезд двух сближенных груженных кранов весьма сложно. Значения общих динамических коэффициентов, полученных при проездах одного крана без груза или с неполным грузом, в зависимости от грузоподъемности кранов и состояния подкрановых путей.  Грузоподъемность кранов принята в  качестве исходного параметра, так как были испытаны в основном балки пролетом 6 м, кроме того, коэффициенты перегрузки и неравномерности дифференцированы также в зависимости от грузоподъемности кранов. Состояние путей считалось удовлетворительным, если оно отвечало требованиям Госгортехнадзора. В первом приближении, задавшись линейной зависимостью между грузоподъемностью кранов и динамическим коэффициентом, пользуясь способом "наименьших квадратов", можно получить два уравнения соответственно для путей удовлетворительного и неудовлетворительного состояния

Расчетное значение динамического коэффициента может быть получено только по отношению к максимальному прогибу от нормативной нагрузки при двух сближенных кранах

где 5ДИН — динамическая добавка прогиба; 5СТ — статический прогиб.

Исследования показывают, что динамическая добавка прогиба с увеличением нагрузки не возрастает

Об этом же свидетельствуют и результаты испытаний по определению местных динамических коэффициентов. Во всех случаях динамическая добавка к сжимающим напряжениям в стенке оказалась больше при положении тележки у противоположной стороны

Статический прогиб от нормативной нагрузки двух сближенных кранов в 1,6-2 раза превышает статический прогиб при проездах одного крана с грузом или без груза. Таким образом, общий динамический коэффициент практически всегда меньше 1,1 и в большинстве случаев (состояние путей, отвечающее требованиям Госгортехнадзора, краны большой грузоподъемности, балки пролетом 12 м и больше) близок к единице.

При проведении проверочных расчетов подкрановых балок при реконструкции в большинстве случаев можно пользоваться рекомендациями норм. Если обследования подкрановых балок выявили повреждения поясных швов, верхней зоны стенки, некачественные стыки рельсов, то коэффициенты динамичности следует принимать с учетом приведенных выше результатов исследований в зависимости от состояния и расположения стыков рельсов, грузоподъемности кранов и пролета балок. При эксплуатации подкрановых балок следует обращать внимание на состояние стыков рельсов, не допуская ударов при прохождении кранов через стыки.

Горизонтальные поперечные воздействия мостовых кранов. Изучение горизонтальных поперечных воздействий мостовых кранов в нашей стране началось в 30-е годы. С тех пор выполнено большое число работ, посвященных этому вопросу [13]. Большой интерес к горизонтальным поперечным силам объясняется сложностью задачи, множеством факторов, влияющих на величины сил. При этом одни факторы связаны с конструкцией и работой механизмов крана, а другие — с устройством и состоянием подкрановых путей.

На основании анализа результатов выполненных работ можно выделить следующие факторы, влияющие назначение горизонтальных поперечных сил, возникающих при движении крана

Перечисленные факторы, влияющие на величину боковых сил, свидетельствует о сложности явления. При этом следует учесть, что большинство из указанных факторов носит случайный характер, что еще больше усложняет задачу.

Подробный анализ исследований горизонтальных поперечных сил от мостовых кранов выполнен в [24]. Здесь справедливо отмечается, что при различии результатов, получаемых по этим формулам, они хорошо совпадают с экспериментальными данными авторов. Это объясняется неодинаковым состоянием подкрановых путей и кранов, а также методом измерения боковых сил. Так, наибольшее значение боковой силы на колесе получается по формуле, предложенной В.П. Балашовым. В испытаниях автора этой формулы боковая сила фиксировалась на колесе и ее значение составляло 0,4—0,5 F (F — вертикальное давление колеса). Как показывают исследования, боковые силы на колесах крана отличаются не только величиной, но и направлением, что крайне затрудняет определение усилий от них в подкрановых балках и колоннах. И если для четырехколесных кранов при некотором допущении их можно подсчитать, то для многоколесных — практически невозможно. На рис. 3.14 приведены графики изменения горизонтальной поперечной силы на трех смежных колоннах при проездах одного крана в зависимости от вертикального давления на колонну. Из них видно, что боковые силы, передаваемые на одинаковые колонны от одного и того же крана, могут отличаться более чем в 10 раз по величине и даже менять направление (при изменении направления движения крана).

Этот пример показывает, что любая формула, любой статистически полученный коэффициент перегрузки по отношению к нормативному значению боковой силы всегда будет приводить к результатам, отличающимся от экспериментальных в большую или меньшую сторону. Производить нормирование по максимальному значению боковой силы принципиально неправильно, так как боковые силы существенно возрастают при некачественном состоянии путей и кранов. Исследования показывают, что боковая сила на колесе крана в основном определяется коэффициентом трения между колесом и рельсом и вертикальным давлением колеса [23].

Испытания, выполненные в МИСИ им. В.В. Куйбышева и МакИСИ, свидетельствуют о зависимости коэффициента f от угла перекоса колеса крана относительно рельса и вертикального давления колеса. Как видно из приведенных графиков, коэффициент f возрастает с увеличением угла перекоса а и уменьшением силы вертикального давления колеса. Для кранов легкого режима его значение достигает f = 0,4 . . . 0,5, что и может объяснить большие значения экспериментальных боковых сил на колесе. Но большая величина боковой силы на колесе не означает большую боковую силу на колонне. При этом, чем меньше колес на кране, тем больше вероятность реализации больших значений боковых сил, передаваемых на колонну. В силу этого нам представляется целесообразным нормировать боковые силы раздельно для четырехколесных и многоколесных кранов, а также дифференцированно для колонн и балок (в зависимости от линии влияния). Рекомендуемые в действующих нормах формулы вычисления боковой силы на колесе крана условны. При определении усилий в балке и колонне исходят из равенства и равнонаправленности боковых сил на всех колесах крана, что практически невозможно. Тем не менее, нам представляется, что при проверочных расчетах конструкций следует пользоваться формулами СНиП, не проводя дополнительных испытаний по определению боковых сил от кранов, так как испытания весьма трудоемки, а полученные результаты по отдельным колоннам или кранам не приводят к получению достоверных исходных данных для расчета.

 Каркасные здания. Связи по поясам ферм. Ригели, распорки и ...

 Схема работы консольных и шлюзовых кранов

 Устойчивость башенных кранов. Башенные краны

 Козловые, мостовые и кабельные краны. Стреловые самоходные краны ...

 Строительные краны. Краны для строительства мостов

 Эксплуатация грузоподъемных машин