В процессе эксплуатации подкрановые балки испытывают колоссальные динамические нагрузки при работе мостового крана. На балки передается вертикальная нагрузка от самого крана и груза, а на тормозные конструкции – поперечные воздействия. Подкрановые балки могут иметь различную форму, но чаще всего представляют собой сплошной двутавр, рассчитываемый под каждый мостовой кран и условия эксплуатации в индивидуальном порядке.
Выбор типа подкрановой балки
Подкрановые конструкции могут быть:
- разрезными – легче монтируются, отсутствует чувствительность к осадке опор, но экономически не всегда целесообразны в использовании за счет высокого расхода стали;
- неразрезными – монтаж более трудоемкий за счет устройства стыков, но по расходу могут быть экономичнее разрезных почти на 15%.
Для кранов менее 30 т при большом шаге колонн дешевле применять решетчатые подкрановые балки с жестким верхним поясом. В этом случае расход стального сплава снижается почти на 20% по сравнению с разрезными балками.
Нагрузки на подкрановые балки
На балки нагрузки от крана передаются через колеса (катки), количество которых зависит от грузоподъемности. При расчете подкрановых балок учитывают нагрузки от двух сближенных кранов, имеющих большую грузоподъемность, с тележками в положении с наибольшим вертикальным воздействием. При этом на металлоконструкции еще действуют и большие поперечные горизонтальные усилия. В соответствии с такими начальными условиями расчет вертикальных и горизонтальных сил выполняют по следующим формулам:
- Fk = kд x γf x Fkn;
- Tk = γf x Tkn.
В указанных выше формулах kд – коэффициент динамичности, равный 1,2 (учет ударных нагрузок на балки при движении грузоподъемного оборудования по неровным путям и при преодолении стыков), γf – коэффициент надежности по нагрузке, равный 1,2, Fkn – максимальное усилие на катке, а Tkn рассчитывают по формуле Tkn = 0,1 x Fkn.
Жесткость балок проверяют по нагрузке от одного мостового крана с γf = 1. Тормозные балки, используемые в качестве площадок при обслуживании грузоподъемного оборудования, рассчитывают на временную нагрузку, и часто принимают равной 1,5 кН/м2. Масса самих балок выбирается по справочным данным.
Теоретические расчеты и эксплуатация в реальных условиях
Воздействия на подкрановые балки намного сложнее, чем на обычные балки из-за сложного взаимодействия с краном, особенностью нагрузок. Вертикальная нагрузка может достигать 800 кН и прикладываться в любом месте по всей длине металлоконструкции, а это вызывает сложное напряженное состояние. Движения кранов никогда не бывают плавными – они осуществляются с рывками, ударами. Это лишь немногое, что приводит к ускоренному износу балок, появлению деформаций, приводящих к нарушению нормальной эксплуатации.
Особенности расчета подкрановых балок
В целом, расчет подкрановых балок выполняется аналогичным образом, что и для других балок, но из-за специфики передаваемых нагрузок будет несколько отличаться. При расчете учитывают следующее:
- Расчетные усилия – наибольшие изгибающие моменты и поперечные силы получают от двух сближенных кранов максимальной грузоподъемности, но поскольку действует динамическая нагрузка, то необходимо найти положение такой нагрузки; максимальный изгибающий момент определяется по правилу Винклера.
- Прочность подкрановых балок – вертикальные и горизонтальные нагрузки на балки и тормозные конструкции представляют в виде единого тонкостенного стержня на косой изгиб с кручением.
- Проверка прогиба – осуществляется в соответствии с правилами строительной механики без учета коэффициента динамичности.
Выбор сечения балок
При подборе и расчете подкрановых балок учитывают нагрузки, режим работы мостового крана, размер пролета. На заводе металлоконструкций выпускаются балки различного сечения – прокатный, несимметричный составной, симметричный составной двутавр, а также двутавр с усиленным поясом и др. В простом случае при стандартном пролете в 6 м, применении крана грузоподъемностью до 50 т при обычном режиме работы достаточно будет использовать прокатные двутавры с усилением или сварные несимметричные двутавры.
Из-за интенсивной работы мостовых кранов особого режима работы нередко возникают деформации в верхней зоне стенок балок. Одним из вариантов решения проблемы недостаточной крутильной жесткости верхнего пояса будет использование вертикальных, наклонных элементов или балок с двумя стенками. Еще один из способов повышения долговечности металлоконструкций – подкрановые балки со сменной верхней частью в виде широкополочного двутавра, закрепляемого посредством болтового соединения.
