Способы усиления крановых конструкций

Статья о способах усиления крановых металлоконструкций.

Балки с нагрузкой, перемещающиеся по верхнему поясу

Усиление кран балок 5 т посредством увеличения сечений

Необходимый момент инерции крановой балки при заданном отношении прогиба f к пролёту l может быть определен по формуле:

I = kQ/l[2l3 — a2(3l — a], где I — необходимый момент инерции в см4;

k — коэфициент, зависящий от заданного отношения f/l = 1/n;

k = 99,2 при f = 1/1000l,

k = 79,4 при f = 1/800l,

Q — груз, m;

l — пролёт, м;

a — расстояние между бегунками грузовой тележки, м.

Наиболее эффективное усиление сечений клёпаных кран балок 3,2 т достигается добавлением горизонтальных листов (фиг. 4), причём эти листы могут быть размещены на обоих поясах или только на одном верхнем или нижнем поясе. При числе добавляемых листов более одного-двух необходимо проверить толщину склёпываемого пакета (включая толщину горизонтальной полки поясного уголка), которая не должна превосходить (4÷4,5)d, где d-диаметр поясной заклёпки. В случае превышения этой величины следует применять заклёпки большего диаметра.

Значительное усиление достигается введением в сечение рельса-шины (фиг. 5). При этом необходимо обеспечить прочность всех стыков рельса (например сваркой встык) и крепления рельса к поясу кран балки.

При менее значительном усилении возможно применение дополнительных уголков (фиг. 4, д) или узких вертикалов (фиг. 4, е). Для высоких кран балок возможно применение швеллеров (фиг. 4, ж).

Приведённые способы усиления сечений балок возможно применять комбинированно, например введением в сечение рельса-шины и добавлением нижнего горизонтального листа.

При усилении сварных балок наибольший эффект достигается добавлением горизонтальных листов и введением в сечение рельса-шины (фиг. 5).

Фиг. 4.

Фиг. 5.

Фиг. 6.

Фиг. 7.

Усиление сварных балок добавлением элементов в пределах их высоты (фиг. 5, в, г, д) проще получается, если балки снять с опор и сварные швы k накладывать в нормальных условиях. Если балки остаются на опорах, то сварные швы накладываются как потолочные, поэтому требуют усиленного контроля в процессе сварки.

Размер а (фиг. 5, в, г, д) назначается из условия удобного подхода электродом к месту наложения шва.

При усилении клёпаных балок приваркой добавляемых элементов должны быть соблюдены необходимые предосторожности, с тем чтобы не было излишнего нагрева близлежащих заклёпок и расстройства заклёпочных швов. При усилении сварных балок возможна приклёпка добавляемых элементов. После окончания клёпки все сварные швы должны быть тщательно проверены.

При пересечении добавляемых элементов (например листов) со стыковыми накладками вертикальных стенок устраивается стык элементов (фиг. 6), причём толщина последних должна быть согласована с толщиной основных накладок.

Если добавляемый элемент (вертикальный или горизонтальный лист) располагается не на всей длине кран балки 5 тонн, а только на части ее, необходим элемент вывести за линию (фиг. 7) теоретического места его обрыва на длину а, выбираемую из условия прикрепления элемента по сечению или по усилию, но в крайнем случае не менее чем на два ряда заклёпок.

Усиление кран балок посредством изменения статической схемы

При усилении крановых балок по приёму изменения статической (расчётной) схемы применяются шпренгельные схемы, как наиболее отвечающие естественным условиям работы балок на поперечный изгиб. Применение ферм (иначе — неизменяемой решётки) для усиления балок обычно эффекта не даёт вследствие большой высоты кран балок и получения при этом по существу тоже, шпренгельной балки, но с большим числом неизвестных (см. стр. 44). Следует отметить, что применение шпренгелей или ферм возможно при наличии соответствующих габаритных условий по высоте кранового моста. В противном случае приходится применят способы усиления, указанные выше.

Основное преимущество применения шпренгелей состоит в том, что при этом удаётся во многих случаях производить усиление кран балок без изменения сечений основной балки.

Шпренгельные балки работают в соответствии с расчётными предположениями лишь при условии аккуратного изготовления шпренгелей согласно проекту, так как расчётные усилия в балке жёсткости зависят от деформации элементов шпренгеля.

Наиболее распространённые схемы шпренгелей показаны на фиг. 8.

фиг. 8

Составного сечения из двух или четырёх уголков (фиг. 9 — 11); возможно также применение швеллеров.

Фиг. 9

Фиг. 10

Характерно для конструкций но фиг. 9 и 10 наличие регулирующего устройства (стяжной муфты), позволяющего придавать шпренгелю расчётное положение. Проверка расчётного положения шпрен-геля может быть произведена замером прогиба конструкции, что выполняется довольно просто, или напряжений в несущей кран балке при помощи тензометров.

Суммарное напряжение в сечении балки жёсткости будет:

 σ  = S/FH+M/WH

где S — расчётное продольное усилие, равное распору Н (S=H);

FH — площадь сечения нетто;

М — расчётный изгибающий момент;

WH — момент сопротивления сечения нетто.

При отсутствии связей или большого расстояния между узлами крепления связей необходимо произвести проверку напряжения по устойчивости.

σ1  = S/φFбр+M/Wбр

где S и М — см. выше;

φ — коэфициент уменьшения напряжения при продольном изгибе; Fбр — площадь сечения брутто;

Wбр — момент сопротивления брутто.

При конструировании крайних узлов балки необходимо обращать внимание на то, чтобы не было излишнего ослабления сечения несущей балки в местах крепления тяги к стенке, так как при этом иногда приходится разрезать нижние пояса кран балки 3,2 т. Для восполнения сечения полезно давать гнутые поясные уголки (фиг. 10 и 11).

Фиг. 11

На фиг. 11 дан пример конструкции усиления кран балки под 75-т нагрузку при увеличении пролёта с 10,5 до 16,0 м. Благодаря применению шпренгеля удалось оставить сечение кран балки без изменения, вследствие чего стало возможным принять простое устройство стыков основных частей кран балки со вставками того же сечения. Для компенсации сечения в местах подхода тяги к стенке балки были даны гнутые горизонтальные листы.

Если сечение балки можно восполнить дополнительными накладками, устройство крайнего узла примет вид, как на фиг. 12.

Фиг. 12

Стойки шпренгелей работают на продольный изгиб, поэтому расчётная длина стойки из плоскости шпренгеля будет 2h, где h— геометрическая высота стойки. Однако рекомендуется устраивать дополнительные поперечные связи, которые создавали бы жёсткость шпренгелю в боковом направлении (фиг. 13). В этом случае расчётная высота стойки при расчёте из плоскости балки равна геометрической высоте стойки. Обычно указанные связи удаётся удобно разместить ввиду наличия поперечных связей — рам в основной системе крановой балки.

Если поперечные рамы в основной системе отсутствуют или размещены редко, необходимо при составлении проекта усиления предусмотреть эти связи, согласовав их постановку с расположением стоек шпренгеля в многопанельных шпренгелях; при частом расположении стоек поперечные рамы располагаются через каждые 2—3 стойки.

Для обеспечения работы шпренгельной конструкции в соответствии с расчётными предположениями следует производить предварительное натяжение тяги шпренгеля. На фиг. 9 и 10 показана конструкция простого регулировочного приспособления. В более сложных случаях возможно устройство регулировочного устройства по схеме, заимствованной из практики усиления железнодорожных мостов (фиг. 14).

Лялин и Богданов, Усиление мостов.

Фиг. 13.

Устройство этого приспособления таково. На левой (средней) панели тяги устанавливаются две планки со швеллерами, образующими двутавры, через полки которых пропущены стяжные болты, закрепляемые головками в опорных планках на средней фасонке. Необходимый распор создаётся домкратами, устанавливаемыми между планками со швеллерами (планки присоединены к тяге болтами, причём в более отдалённой от среднего узла планке дыры овальные). После развития расчётных усилий в тяге рассверливаются дыры (первоначально только проколотые) в узле примыкания данной панели тяги к средней узловой фасонке, т. е. в уголках тяги к фасонке (узел примыкания тяги к фасонке с правой стороны, так же как и остальные узлы, кроме рассматриваемого, должен быть выклепан до ввода в действие регулировочного приспособления). Напряжения в тяге и балке (ферме) замеряются тензометрами. После выклепки рассматриваемого узла устраняются все вспомогательные приспособления, а фасонка в узле обрезается до проектного размера.

 

Фиг. 14.

Фиг. 15.

 

Усиление элементов балок

Усиление поясных заклёпок может быть произведено одним из следующих способов:

  1. если расстояние между заклёпками достаточно, возможны или замена заклёпок диаметра d0 (фиг. 15, а) новыми заклёпками большего диаметра d (с обязательной рассверловкой дыр), или постановка дополнительных заклёпок того же диаметра d0 между уже поставленными заклёпками (в один или два рода) (фиг. 15 б и в);
  2. если почему-либо постановка дополнительных заклёпок между основными заклёпками невозможна, то таковые размещаются на накладках, которые приклёпываются или привариваются к поясным уголкам (фиг. 16).

Расчёт прочности поясных заклёпок производится следующим образом. Поясная заклёпка срезается равнодействующей силой (фиг. 17)

R = √Т2 + V2 ≤ N, (а)

где Т — усилие, срезающее заклёпку в горизонтальном направлении;

Т = (QSna)/Ix;

здесь Q — поперечная сила;

Sn — статический момент пояса (горизонтальных листов, поясных уголков, а также и рельса, если последний введён в сечение балки) относительно горизонтальной оси сечения кран балки; a — шаг заклёпок;

Ix — момент инерции сечения кран балки опорной относительно той же оси;

V — вертикальное усилие, срезающее заклёпку от сосредоточенного действия бегунка грузовой тележки;

V = Dmax/n = Dmax/(λ/a) = (Dmaxa)/λ,

где Dmax — расчётное давление на бегунок;

п — число заклёпок, попадающих в зону распределения сосредоточенного давления Dmax; а — шаг заклёпок;

λ — зона (длина) распределения давления Dmax;

3

    λ= 3,8√ I/δ,

1 Вывод этой формулы — см. Б. М. Броуде, Устойчивость стенок металлических конструкций, Госстройиздат, 1939 г.

Фиг. 16.

Фиг. 17.

I — сумма моментов инерции рельса (шины) и пояса относительно собственных осей;

N — меньшее из сопротивлений заклёпки смятию стенки или двойному срезу заклёпки.

Таким образом, формула (а) принимает вид:

откуда шаг заклёпок

Зная величину R, легко определить напряжение смятия в стенке кран балки и напряжение среза в поясной заклёпке.

Для сварных балок принимается .    Тогда,аналогично предыдущему, получим расчётное напряжение в поясных швах:

где tсв. доп — допускаемое напряжение на срез шва;

1,4hш — расчётная толщина обоих швов (в сечении два шва).

Расчёт прочности заклёпок и швов с учётом сосредоточенного давления не производится в том случае, если известно, что при исполнении кран балки была произведена пристрожка верхней кромки вертикала к горизонтальному листу верхнего пояса и, следовательно, достаточен будет обычный расчёт заклёпок или сварных швов с учётом только одной сдвигающей силы Т.

Для частичной разгрузки заклёпок или сварных швов от действия сосредоточенной нагрузки  применяют „коротыши" — уголки или рёбра (фиг. 18).

При этом считается возможным (при расстановке элементов, как указано на фиг. 18, при условии, что прикрепление их. к стенке рассчитано на D1= 0,6Dmax) передавать на поясные заклёпки или сварные швы только 0,40Dmax.

Стык вертикальной стенки клёпаной балки возможно усилить одним из следующих способов:

  1. заменить все заклёпки в стыке или только наиболее нагруженные заклёпками большего диаметра (фиг. 19, а), если только расстояния между заклёпками достаточны;
  2. увеличить число заклёпок в крайних горизонтальных рядах с постановкой дополнительных накладок (фиг. 19, б); рекомендуется в тех случаях, когда основные стыковые накладки размещены между поясными уголками, ставить независимо от прочности стыка дополнительные узкие накладки (фиг. 19, б) для разгрузки поясных заклёпок;
  3. увеличить число стыковых заклёпок добавлением новых вертикальных рядов. При этом перекрытие стыка новыми накладками может производиться: а) по фиг. 19, в, если возможно кран балку на время переклёпки стыка подпереть или подвесить к строительным фермам для предотвращения относительного смещения частей кран балки, или б) по фиг. 19, г или д при необходимости оставлять в стыке часть заклёпок на время переклёпки. Усиление по фиг. 19, б, в, г применяется при одинаковой толщине основной накладки и поясных уголков.

 

Фиг. 18.

Фиг. 19.

Если прочность стыковых накладок оказывается недостаточной (мал момент сопротивления), производится постановка новых накладок с большей толщиной в соответствии с расчётом.

Усиление стыков поясных уголков и поясных листов производится заменой слабых заклёпок новыми большего диаметра или увеличением числа стыковых заклёпок и изменением вследствие этого длины стыковой накладки.

Стыки вертикальных листов сварных кран балок при недостаточности шва встык усиливаются добавлением кусковых ромбических накладок (фиг. 20, а). Однако в этом случае неизбежно наложение частично потолочных швов, что требует усиленного внимания в процессе сварки.

Более удобны для сварки, но менее рациональны при интенсивной динамической нагрузке обычные накладки с приваркой только лобовыми швами (фиг. 20, б). При интенсивной динамической нагрузке, например в кранах, относящихся ко второй или третьей группам, в случае невозможности почему-либо поставив ромбические накладки усиление стыка можно произвести постановкой точёных болтов или заклёпок (фиг. 20, в). Ослабление сечения балки при этом компенсируется выбором соответствующих размеров стыковых накладок и усилением, если это требуется расчётом, гори-зонталов в данном сечении.

Если в усиливаемом стыке оказываются недостаточно прочными швы накладок, следует эти накладки и швы срубить (удалить) и заменить их новыми, более мощными.

Общая устойчивость кран балок 5 тонн достигается соответствующим расположением горизонтальных связей в плоскостях верхнего и нижнего поясов кран балки и наличием поперечных связей — рам. Обычно этому условию удовлетворяет большинство конструкций мостовых кранов с перемещением грузовой тележки по верхнему поясу. Иногда верхние горизонтальные связи заменяются сплошными листами (обычно со стороны расположения механизма передви-жения моста).

Местная устойчивость сжатого пояса считается вполне обеспеченной, если ширина пояса в находится в пределах не выше 30—35 кратной толщины t пакета пояса кран балки (фиг. 21).

При больших соотношениях (b>35t) устойчивость пояса достигается устройством горизонтальных связей, причём расстояние между узлами принимается в пределах (19÷20) и (фиг. 22).

Местная устойчивость вертикальной стенки достигается соответствующим размещением уголков или рёбер жёсткости. Если в усиливаемой конструкции уголки жёсткости (или рёбра) поставлены редко, увеличение устойчивости стенки достигается постановкой дополнительных уголков или рёбер между ранее поставленными (фиг. 23).

Уголки (рёбра) жёсткости ставятся более  часто у опоры и реже к середине пролёта. Рекомендуется ближайшие к опорам уголки (или рёбра) ставить так, чтобы расстояние между ними было равно примерно высоте

Подробно об устойчивости балок — см. проф. Н. С. Стрелецкий, Основы металлических конструкций.

Балки (a≈h). Расстояние а увеличивается по мере приближения к середине пролёта балки и наибольшее расстояние принимается a≈2h.

Уголки жёсткости следует ставить с напуском на поясные уголки (фиг. 24), т. е. на прокладках.

В случае недостаточности поставленных уголков (или рёбер) жёсткости устанавливаются добавочные уголки (ребра), как показано на фиг 24 пунктиром.

Верхние торцы уголков жёсткости рекомендуется плотно пригонять к верхнему поясу.

Требования к изготовлению и монтажу усиляемой конструкции

Изготовленные элементы усиления, а также вся конструкция в целом должны соответствовать чертежам. Отступления от чертежей должны быть согласованы с организацией, составлявшей проект усиления.

Выполнение различных операций по изготовлению конструкции усилений (приёмка материала, его правка и заготовка, разметка, получение заклёпочных отверстий, производство клёпки, наложение сварных швов и т. д.) должно соответствовать требованиям ТУ на изготовление, сборку и монтаж металлоконструкций.

При снятии эскизов клёпаных конструкций эскизировку следует производить по заводским (закладным) головкам. При снятии эскизов с узловых или стыковых соединений, а также с мест примыкания главных кран балок к концевым эскизировку следует производить по заклёпочным отверстиям, для чего соответствующие заклёпки срубаются и заменяются точёными болтами и стальными пробками.

Все заклёпочные дыры в рабочих элементах конструкции усиления сначала прокалываются или просверливаются на меньший диаметр, чем проектный (на 3 мм). Рассверловка их до проектного диаметра производится после установки элементов на место и выверки конструкции.

^ Наверх