Подкрановые конструкции балки. ОСОБЕННОСТИ УСИЛЕНИЯ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК

  Вся электронная библиотека >>>

 Усиление каркасов зданий >>

 

НАУКА-СТРОИТЕЛЬНОМУ ПРОИЗВОДСТВУ

Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции


Раздел: Быт. Хозяйство. Строительство. Техника

 

6.3. ОСОБЕННОСТИ УСИЛЕНИЯ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК

 

 

Подкрановые конструкции работают в условиях, намного отличающихся от работы обычных балочных конструкций покрытий и перекрытий.

Подвижный, динамический характер воздействий, высокий уровень местных напряжений в стенке под катком крана, наличие не только вертикальных, но и горизонтальных нагрузок, а также многократность их приложения определяют особенности расчета и конструирования усиления подкрановых балок.

При кранах тяжелого и весьма тяжелого режимов работы в подкрановых конструкциях уже через три, четыре года эксплуатации появляются трещины в верхней зоне стенки и расстраиваются узлы крепления.

Усиление и заварка трещин в большинстве случаев не дают желательного эффекта и спустя непродолжительное время трещины образуются вновь.

Это объясняется тем, что качество сварных соединений при выполнении их в вертикальном и потолочном положении не может быть обеспечено, и дефекты швов (непровары, подрезы и т.д.) создают предпосылки для их ускоренного усталостного разрушения.

Поэтому усиление балок под краны тяжелого и весьма тяжелого режимов работы, имеющих повреждения, без демонтажа следует рассматривать только как временную меру, вызванную невозможностью остановки технологического процесса для проведения замены балок.

При кранах легкого и среднего режимов работы повреждения подкрановых балок незначительны и легко устранимы и их усиление и дальнейшая эксплуатация целесообразны и экономически оправданы.

Напряжения в подкрановых конструкциях от собственного веса невелики, поэтому их усиление выполняется практически при полной разгрузке. Для повышения качества работы целесообразно, если это позволяет технологический процесс, демонтировать балки поочередно и усиливать их внизу на специальном стенде

 

 

Динамический характер нагрузки и возможность усталостного разрушения не позволяют учитывать при расчете усиления подкрановых балок упругопластическую работу материала, поэтому при усилении методом увеличения сечения нецелесообразно применение стали с более высоким расчетным сопротивлением, чем в основном сечении. При конструировании усиления необходимо предусмотреть мероприятия по снижению концентрации напряжений и обеспечению усталостной прочности, в частности, не допускается использование прерывистых швов и электрозаклепок. В отличие от обычных балок, усиление которых связано чаще всего с необходимостью повышения общей несущей способности, при усилении подкрановых балок в некоторых случаях при увеличении давления колес крана возникает задача повышения также местной прочности и устойчивости стенки, В общем случае повышение крановой нагрузки приводит к увеличению давления колеса крана, изгибающих моментов и поперечных сил в балках.

Рассмотрим основные способы усиления подкрановых балок, вызванные необходимостью повышения их несущей способности при увеличении крановых нагрузок. Как и для обычных балок усиление подкрановых конструкций может быть выполнено увеличением сечения, изменением конструктивной схемы или комбинированным способом, Выбор способа усиления зависит от необходимой степени повышения несущей способности и конкретных условий производства работ (возможность доступа к конструкциям и использования механизмов, удобство крепления элементов усиления, планируемый срок выполнения и т.д.).

В подкрановых балках без тормозных конструкций при небольшом увеличении крановой нагрузки (на 5—10%) для снижения напряжений в верхнем поясе могут быть использованы схемы а и б. При большом увеличении нагрузок необходимо усиление также и нижнего пояса. Эти схемы просты в осуществлении, не требуют демонтажа рельса и могут выполняться без остановки технологического процесса, а приварка элементов усиления в нижнем положении позволяет обеспечить качественное выполнение швов.

Для усиления подкрановых балок с тормозными конструкциями могут использоваться схемы. Усиление по схеме г удобно в использовании с точки зрения выполнения сварных швов, однако имеет ряд недостатков; необходим демонтаж рельса; для обеспечения постоянной отметки подошвы рельса верхний пояс должен быть усилен по всей длине участка, что приводит к увеличению расхода стали; в соединительных швах верхнего пояса, выполненного в виде пакета листов, как показывают результаты обследования, даже при среднем режиме работы кранов появляются трещины.

Усиление по схемам д и е может быть выполнено без остановки технологического процесса. Постановка вертикальных ламелей по кромкам пояса (схема д) позволяет повысить не только общую несущую способность балки, но и увеличить крутильную жесткость пояса и снизить напряжение от изгиба стенки при эксцентричной передаче нагрузки. Для повышения крутильной жесткости пояса, усиленного ламелями по схеме д, целесообразна установка дополнительных ребер жесткости из уголков и приварка к ним ламелей. К недостаткам этого способа относятся сложность обеспечения качественной приварки ламелей к поясу и затяжки болтов крепления рельса.

Усиление по схеме е повышает местную прочность и устойчивость стенки. Для предотвращения выпучивания ламелей при сварке и обеспечения их совместной работы со стенкой целесообразна затяжка пакета высокопрочными болтами диаметром 16—18 мм. Шаг болтов при этом не должен превышать 12 d или 18 т.л, где d — диаметр отверстия под болты, tn — толщина ламелей. Кромку ламелей следует плотно подогнать к верхнему поясу, а для пропуска поясных швов снять фаску. По длине балки ламелей необходимо подогнать к ребрам жесткости и приварить или для пропуска ламелей срезать верхнюю часть ребра и зачистить стенку. Особое внимание при усилении стенки ламелями следует обратить на качество выполнения швов приварки ламелей к поясу. При необходимости увеличения прочности стенки на срез могут быть использованы те же решения, что и для обычных балок

Эффективным способом повышения несущей способности подкрановых балок является изменение конструктивной схемы. Разрезные балки замыканием узлов могут быть превращены в неразрезные. При этом пролетные моменты снижаются на 25—30%, однако поперечная сила на опоре несколько возрастает, что может потребовать усиления стенки. Кроме того, при неравномерных осадках опор в подкрановых балках возникают дополнительные моменты, что необходимо учитывать при расчете. Определенные конструктивные трудности возникают также при устройстве неразрезного стыка балки в месте крепления узловых элементов.

Усиление балок по схемам б, в превращает систему в рамно-подкосную и целесообразно при большом увеличении нагрузки, Короткие подкосы легче, не загромождают пространство между колоннами, но передают на колонны значительные горизонтальные усилия,  возникающие при неодинаковом загружении соседних балок. Для восприятия этих усилий в месте крепления подкосов вдоль ряда колонн могут быть поставлены затяжки

Стенку в месте крепления подкосов к балке следует усилить постановкой ребер, приторцованных к нижнему поясу. При конструировании усиления с использованием подкосов необходимо учитывать, что в узлах опирания балок на колонны возможно возникновение отрицательных реакций.

Постановкой дополнительных опор можно усилить не только подкрановые балки, но и снизить нагрузки на колонны и фундаменты. Этот способ может применяться, если пространство между колоннами не занято технологическим оборудованием или проездами. При технико-экономической оценке варианта необходимо учитывать стоимость дополнительных фундаментов. Из решетчатых систем усиления подкрановых балок рациональным является одностоечный шпренгель. Эффективность усиления может быть повышена предварительным напряжением раскосов.

Значительного повышения несущей способности подкрановой балки можно добиться постановкой предварительно напряженной затяжки (схема и). Однако сложность анкеровки напрягаемых элементов, необходимость контроля усилия предварительного напряжения, а также установка дополнительных элементов для обеспечения местной устойчивости стенки балки при предварительном напряжении снижают эффективность этого способа. При использовании электротермического метода предварительного напряжения конструкция анкерных устройств упрощается и эффективность способа повышается.

Как показывает предварительный анализ, универсальным из рассмотренных способов увеличения общей несущей способности балок является усиление методом увеличения сечения и изменения расчетной схемы

Рассмотрим методику подбора сечения элементов усиления подкрановых балок для этих схем.

Усиление методом увеличения сечения. Предполагается, что элементы усиления работают совместно с металлом основного сечения. Поскольку при расчете подкрановых балок упругопластичес-кая работа материала не допускается, то для усиления следует применять материал с теми же прочностными характеристиками, что и для основного сечения. Требуемая площадь сечения элементов усиления определяется из условия обеспечения несущей способности балок под увеличенной нагрузкой. Для верхнего пояса балок проверка общей прочности проводится по формуле

Усиление по верхнему поясу для обеспечения непрерывного" опирания рельса принимаем по всей длине балки. Аналогично находится площадь сечения при усилении по схеме в. Проверка общей и местной прочности и устойчивости усиленной балки выполняется в соответствии с нормами [43] как для единого сечения.

При усилении подкрановых балок по схемам требуемая площадь сечения вертикальных ламелей и накладки по нижнему поясу определяется из условия равенства напряжений в верхнем и нижнем поясах расчетному сопротивлению стали

 Очевидно, что чем больше толщина ламелей т.л, тем меньше суммарный расход стали на усиление. Однако из условия обеспечения надежного сварного соединения при односторонней сварке толщину ламелей не следует принимать больше 16 мм,

Общая прочность усиленного сечения проверяется в соответствии с [43]. При проверке местной прочности стенки балки, усиленной по схеме д, для вычисления изгибных напряжений в стенке аум можно учесть увеличенную крутильную жесткость пояса

При креплении ламелей непосредственно к стенке (схема е) и обеспечении их совместной работы, стенку усиленной балки можно рассматривать как пластинку кусочно-постоянной толщины и использовать для определения ее напряженного состояния решение, полученное в работе

По верхней кроме стенки местные напряжения аум от увеличенной крановой нагрузки могут быть вычислены по формуле, аналогичной формуле, приведенной в нормах [43].

Для плотной подгонки элементов усиления к стенке в верхней кромке ламелей необходимо снять фасонку. Ослабление сечения ламелей по линии 1—1 в первом приближении может быть учтено коэффициентом условия работы у - 0,8.

Напряжения в стенке под нижней кромкой ламелей зависят от высоты ламелей и определяются по формуле

При небольшом увеличении крановой нагрузки (Км < 1,2) устойчивость стенки при предварительном напряжении обеспечена; при Км > 1,2, как правило, для обеспечения местной устойчивости необходима постановка продольных ребер в пределах длины затяжки, что увеличивает расход стали и повышает трудоемкость усиления.

Расход стали на усиление зависит также от вылета затяжки; с увеличением а уменьшается сечение затяжки, но вразрастает масса узлов крепления и соединительных элементов. Как показал анализ, расход стали на дополнительные элементы в 2—4 раза превышает расход стали на затяжку. Оптимальный вылет затяжки, полученный исходя из минимального расхода стали, практически не зависит от сечения балки и определяется только степенью увеличения крановой нагрузки. Из конструктивных соображений при Км < 1,2 затяжку следует ставить на минимальном расстоянии от нижнего пояса; при 1,2 < Км < 1,5 оптимальный вылет затяжки составляет 10—15 см, при Км > 1,5 — 35 — 40 см.

Проверка несущей способности балок, усиленных с помощью затяжки, проверяется с учетом усилий предварительного напряжения 1Мпр и самонапряжения Хх затяжки для двух стадий работы балки в процессе предварительного напряжения и под нагрузкой.

Жесткость балки проверяется по формуле

Усиление балок одностоечным шпренгелем выполняется без остановки технологического процесса и в том случае, если пространство под балками не занято оборудованием и коммуникациями.

Как показал анализ, для 12-метровых балок максимальный момент возникает в сечении, находящемся на расстоянии, близком к 0,375 I от опоры. Для 6-метровых балок — на расстоянии, близком к 0,45 1от опоры. При проверке прочности балки необходимо учесть также усилие обжатия. Если раскосы шпренгеля центрируются на грань нижнего пояса, то при проверке прочности балки   можно   учесть   дополнительный   разгружающий   момент.

Несущая способность раскосов в стойки шпренгеля проверяется как для элементов, работающих на осевые усилия. Расчетная длина стойки принимается: в плоскости балкиlx = пст, из плоскости балки ty = 2 hCT, Для обеспечения устойчивости шпренгеля стойку следует жестко прикрепить к балке.

Как уже отмечалось, одним из показателей эффективности выбранного способа усиления является расход стали на дополнительные элементы. Анализ расхода металла на усиление был выполнен для типовых подкрановых балок пролетом 6 и 12 м под краны легкого и среднего режимов работы грузоподъемностью 5—80 т. Относительный расход стали (отношение массы элементов усиления GyC к общей массе балки Gg) практически не зависит от типа балок и определяется только необходимой степенью повышения несущей способности

При значениях Км < 1,4 усиление способом увеличения сечения и одностоечным шпренгелем практически дают одинаковый расход стали; при большем увеличении крановой нагрузки рациональным способом повышения несущей способности является усиление шпренгелем. Усиление предварительно напряженной затяжкой во всем реально возможном диапазоне изменения крановых нагрузок приводит к повышенному расходу стали, что связано с большой массой элементов узлов крепления затяжки и дополнительных ребер жесткости для обеспечения местной устойчивости стенки.

 

 

 колонны, подкрановые балки в зданиях с мостовыми кранами ...

Подкрановые балки монтируют самостоятельным потоком только после ... Конструкции покрытий — фермы, балки и плиты — монтируют в едином потоке...
bibliotekar.ru/spravochnik-30/96.htm

 

 Элементы несущего остова - колонны, подкрановые балки, связи ...

Подкрановые балки предназначены для движения мостовых кранов по уложенным на них рельсам .... ...
bibliotekar.ru/spravochnik-157-arhitektura/37.htm

 

 стальные конструкции. МОНТАЖ СТАЛЬНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Стальные конструкции изготовляют и монтируют в соответствии с чертежами КМД (деталировочными .... Монтаж подкрановых балок. Подкрановые балки устанавливают ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-30/99.htm

 

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

Основные несущие элементы подкрановых конструкций — сплошные или сквозные подкрановые балки. Сплошные изготовляют из прокатных двутавров с усилением ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-108-metallokonstrukcii/25.htm

 

 МОНТАЖ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ. Металлические конструкции ...

Металлические конструкции необходимо монтировать в соответствии с ... При монтаже подкрановых балок наиболее сложной операцией является их выверка, ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-3/38.htm

 

 Технология монтажа промышленных зданий. Метод крупноблочного ...

Наибольшее число отправочных элементов небольшой массы характерно для подкрановых балок (тормозных конструкций, поперечных связей) и конструкций покрытия ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-70-4/25.htm

 

 монтаж. Основной метод монтажа — это возведение зданий или ...

Элементами или узлами монтируют конструкции в тех случаях, когда нельзя поднять ... Например, сначала подстропильные фермы или подкрановые балки, ...
bibliotekar.ru/spravochnik-30/68.htm

 

 ТЕХНОЛОГИЯ ОСНОВНЫХ МОНТАЖНЫХ ПРОЦЕССОВ. Монтажный цикл и методы ...

К началу монтажа подкрановых балок и конструкций покрытия бетон в опорном стыке должен набрать не менее 70% проектной прочности. Это условие и определяет ...
bibliotekar.ru/spravochnik-125-tehnologia/82.htm

 

 Безраспорные плоскостные несущие конструкции покрытий. Балки и фермы

Поэтому произвольное уменьшение высоты конструкции, относительно того, что применяется на ... колонны, подкрановые балки в зданиях с мостовыми кранами . ...
bibliotekar.ru/spravochnik-157-arhitektura/39.htm

 

К содержанию книги:  Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции

 

Смотрите также: