ГОСТ 33169-2014
Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

КРАНЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ

Металлические конструкции Подтверждение несущей способности

(ISO 20332:2008, NEQ)

Издание официальное

Москва

Стандартинформ

2015

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2009 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом «РАТТЕ» (ЗАО «РАТТЕ»)

2    ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандрт)

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 5 декабря 2014 г. №46)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК(ИС0 3166) 004-97 Код страны по МК(ИС0 3166) 004-97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Армения AM Минэкономики Республики Армения Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан Киргизия KG Кыргызстандарт Россия RU Росстандарт Таджикистан TJ Таджикстандарт Узбекистан UZ Узстандарт

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 июня 2015 г. № 804 -ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33169-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2016 г.

5    Настоящий стандарт соответствует международному стандарту ISO 20332:2008 Cranes — Proof of competence of steel structures (Краны. Подтверждение несущей способности металлоконструкций.)

Степень соответствия — неэквивалентная (NEQ)

6    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты» (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

© Стандартинформ, 2015

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен, тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

ГОСТ 33169-2014

-    исходные данные, включая группы классификации крана и механизмов, тип системы управления приводами, параметры климатических воздействий и пр.;

-    расчетные допущения и используемые модели;

-    геометрические характеристики рассчитываемых элементов;

-    расчетные нагрузки и комбинации нагрузок, использованные для каждого вида расчетов;

-    механические свойства выбранных материалов, болтов и сварных соединений, классы качества сварки;

-    значения коэффициентов надежности или запаса прочности, предельных напряжений и/или сил, использованных в условиях работоспособности;

-    результаты вычисления расчетных напряжений и/или сил;

-    результаты проверки выполнения условий работоспособности элементов конструкции и соединений.

6 Подтверждение прочности

6.1    Общие положения

6.1.1    Расчетное подтверждение прочности элементов конструкции выполняется для предотвращения отказов конструкции в результате разрушения, чрезмерных пластических деформаций или проскальзывания фрикционных соединений.

6.1.2    Подтверждение прочности должно быть выполнено для элементов конструкции и соединений с учетом наиболее неблагоприятных комбинаций нагрузок из групп А, В или С согласно применяемым частям стандарта ГОСТ 32579.

6.2    Подтверждение прочности элементов конструкции

6.2.1 Технические требования и условия расчета

Для элементов, нагружаемых растягивающими напряжениями перпендикулярно к плоскости проката (рисунок 1), должны использоваться стали с контролируемыми свойствами в направлении толщины по ГОСТ 28870.

Представленные методы расчета применимы к конструкциям, в которых отклонение срединных поверхностей листовых элементов от плоскости не более d/250 и отклонение осей стержневых элементов от прямой не более d/650. Здесь d — меньший размер листового элемента или длина стержня между

Штриховкой показано направление прокатки, стрелками — направление нагрузки Рисунок 1 — Растяжение перпендикулярно к плоскости прокатки.

6.2.2 Условие прочности и предельные напряжения

Элементы конструкции рассчитываются на прочность по следующим условиям: - по предельным состояниям:

^aesnc - R,    (1)

- по допускаемым напряжениям:

о_е5дн<[о],    (2)

где o_esnc — максимальное эквивалентное напряжение в элементе конструкции, вычисленное по методу предельных состояний, то есть с учетом частных коэффициентов надежности по нагрузкам; R„ — расчетное сопротивление;

7

о_ездн — максимальное эквивалентное напряжение в элементе конструкции, вычисленное по методу допускаемых напряжений;

[о]—допускаемое напряжение.

Расчетное сопротивление вычисляется следующим образом:

где о_т — нормативное значение предела текучести материала конструкции;

у_т — коэффициент надежности по материалу, принимаемый равным у_т=1,1 (ГОСТ 32579.1); у_с — коэффициент условий работы; для отливок у_с= 1,2, в остальных случаях, если не оговорено особо, у_с=1,0.

Допускаемое напряжение вычисляется по формуле

(4)

где n_f=y_ny_fy_c— общий коэффициент запаса прочности;

у„— коэффициент ответственности, принимаемый по ГОСТ 32579.1 (таблица 10); у_f— коэффициент надежности, принимаемый по ГОСТ 32579.1 (таблица 4) в зависимости от используемой комбинации нагрузок.

6.2.3 Расчетные напряжения

6.2.3.1    Расчетные комбинации нагрузок для вычисления напряжений о_езПс, o_esflH формируются в соответствии с правилами используемого метода расчета (по предельным состояниям или по допускаемым напряжениям) по ГОСТ 32579.1.

6.2.3.2    Расчет номинальных напряжений в элементах конструкции выполняется по внутренним усилиям, которые вычисляются с помощью технической теории изгиба стержней. В необходимых случаях следует учитывать местное напряженное состояние в зоне приложения локальных нагрузок, как, например, в балках, воспринимающих подвижные нагрузки от ходовых колес (приложение А). Расчетные напряжения в сечении, ослабленном отверстиями, вычисляются по сечению брутто, если отверстия уменьшают площадь сечения не более чем на 10% и расстояние от края любого отверстия до края элемента конструкции составляет не менее 2d₀ (d₀ — диаметр отверстия). В противном случае расчетные напряжения вычисляются по сечению нетто.

6.2.3.3    В расчете на прочность используются эквивалентные напряжения по теории удельной энергии изменения формы (четвертая теория прочности или теория Мизеса). Для плоского напряженного состояния эквивалентное напряжение вычисляется по формуле

(5)

где а_х— нормальное продольное напряжение в элементе конструкции;

o_z — нормальное поперечное напряжение, например в зоне местного нагружения (приложение А); т_Х2— касательное напряжение.

Для изгибаемых элементов, не подверженных воздействию локальных поперечных нагрузок (то есть при a_z= 0), выражение (5) примет вид

(6)

6.2.3.4 При расчете на прочность стержней ферм допускается нормальные напряжения вычислять только от действия продольных сил, без учета изгибающих моментов и перерезывающих сил. Для стержней, загруженных поперечными нагрузками (например, от ходовых колес), необходимо учитывать напряжения от изгибающего момента и местного приложения нагрузки.

6.3 Подтверждение прочности сварных соединений

6.3.1    Технические требования и условия расчета

6.3.1.1    В настоящем стандарте приведены методы расчета сварных соединений, выполненных стыковыми швами, то есть с обеспечением проплавления всего сечения присоединяемого элемента (рисунок 2, а—д), и угловыми швами (е—и). Методы расчета сварных соединений элементов и/или узлов распространяются на соединения, образованные путем сварки плавлением и имеющие толщины соединяемых частей не менее 4 мм и не более 80 мм.

ГОСТ 33169-2014

гОл

г

ж

Рисунок 2 — Схемы сварных соединений

6.3.1.2    Качество сварных швов основных конструкций, должно соответствовать требованиям уровня В по нормам [2]. Соответствие этим требованиям должно быть подтверждено проверкой с применением методов неразрушающего контроля. Уровень качества С по нормам [2] допускается в соединениях из сталей с пределом текучести менее 420 Н/мм², не подвергаемых интенсивному циклическому нагружению и не относящихся к конструкциям климатического исполнения ХЛ1 по ГОСТ 15150. Уровень качества D может применяться только в неответственных, слабо нагруженных соединениях, повреждение которых не приводит к отказу конструкции в целом или падению груза.

Примечание — Сварные соединения, выполненные точечной сваркой, а также стыковые соединения с неполным проплавлением корня шва в настоящем стандарте не рассматриваются.

6.3.2    Условие прочности

6.3.2.1 Сварные соединения стыковыми швами (рисунок 2, а—д) рассчитываются на прочность по следующим условиям:

-    по предельным состояниям

^eswnc — Raw ’    (7)

-    по допускаемым напряжениям

^esw/ДН — [®w] ’    (8)

^гД^е Oeswnc ^и OeswflH — максимальные эквивалентные напряжения в сварном соединении, вычисленные по методу предельных состояний и по методу допускаемых напряжений;

Raw — расчетное сопротивление для сварного соединения стыковыми швами;

Ы — допускаемое напряжение для сварного соединения стыковыми швами.

6.3.2.2 Сварные соединения угловыми швами (рисунок 2, е—и) рассчитываются на прочность по касательным напряжениям по следующим условиям:

-    по предельным состояниям

T'eswnC — R-tW'    (9)

-    по допускаемым напряжениям

^esw/ДН — К ],    (10)

где Tgswnc ^{и x}eswflH — касательные напряжения в сварном соединении, вычисленные по методам предельных состояний и допускаемых напряжений;

Rxw — расчетное сопротивление для сварного соединения с угловыми швами;

[x_w]—допускаемое касательное напряжение для сварного соединения с угловыми швами. 6.3.3 Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения Расчетные сопротивления вычисляются следующим образом:

р _ °Т . <W У.тУс (11) (12)

9

где о_т — меньшее из нормативных значений предела текучести металла шва и элемента конструкции. Значения коэффициента у_т даны в 6.2.1. Значения коэффициента у_с приведены в таблице 2. Допускаемые напряжения для сварного соединения вычисляются по формулам:

М=|;    из)

[<1=0,6-.    (14)

Uf

Способ вычисления коэффициента n_f = y_ny_fy_c указан в 6.2.2. Значения коэффициента у_с приведены в таблице 2.

Таблица 2 — Коэффициент ус для сварного соединения

В условии прочности использован предел текучести материала Коэффициент ус для соединений стыковыми швами, при ат, МПа соединений угловыми швами, при ат, МПа <420 >420 <420 >420 элемента конструкции 1,00 1,05 1,10—1,15* 1,15—1,20* сварного шва 1,10 1,15 1,15—1,20* 1,20—1,25*

* Большие значения —для соединений с длинными фланговыми швами lwj>60k(k— катет шва), кроме тех случаев, когда нагрузка распределена по всей длине шва (как в поясных швах).

6.3.4 Расчетные напряжения

6.3.4.1    Расчетные напряжения o_eswnc. o_eswflH, x_eswnc. T_eswflH в сварных соединениях вычисляются по комбинациям нагрузок по ГОСТ 32579.1, в соответствии с правилами используемого метода расчета (по предельным состояниям или допускаемым напряжениям).

6.3.4.2    Сварные соединения стыковыми швами рассчитываются на прочность по эквивалентным напряжениям, которые вычисляются как

^esw ~ ^es I    0    6)

где o_es — эквивалентные напряжения, действующие в сечении Б-Б более тонкого из соединяемых элементов (рисунок 3, а, б), вычисленные по формуле (6), в которой о_х — нормальное напряжение, действующее перпендикулярно оси шва.

Рисунок 3 — Схемы сварных соединений

6.3.4.3 Сварные тавровые соединения угловыми швами рассчитываются на прочность по касательным напряжениям, которые вычисляются как (рисунок 3, в, г)

И 1-

^esw⁼ ь \ of + Тху ’    (16)

Vl'w

где o_z — поперечные нормальные напряжения сжатия в стенке от местной нагрузки, вычисляемые по формуле (А.8) (приложение А); т_Х2— касательное напряжение в стенке от перерезывающей силы и крутящего момента.

Если соединение выполнено двусторонним угловым швом без разделки кромок (рисунок 2, ж), то расчет производится по условию (9) или (10), в котором касательное напряжение x_esw вычисляется по формуле

Xesw = WITV(°z+0,2o_zb)²+T_x²z    ,    (20)

^ZI'W

где o_zb — поперечные нормальные напряжения изгиба в стенке от местной нагрузки, вычисляемые по формуле (А.9) (приложение А).

Односторонний угловой шов в соединении пояса с подрельсовой стенкой в ездовой балке недопустим.

6.4 Подтверждение прочности болтовых соединений

6.4.1    Технические требования и условия расчета

6.4.1.1    Общие требования

Для болтовых соединений должны применяться стальные болты и гайки с характеристиками, соответствующими климатическому исполнению конструкции. Механические характеристики гаек и шайб должны соответствовать характеристикам болтов. Для конструкций категорий размещения 1, 2 и 5 по ГОСТ 15150 необходимо использовать болты и гайки с защитным металлическим покрытием, соответствующим уровню коррозионной агрессивности среды.

В настоящем стандарте представлены методы подтверждения работоспособности фрикционных и срезных болтовых соединений, размещение болтов в которых удовлетворяет следующим требованиям (рисунок 5)

a-_]>'\,5d₀,    b-_]>'\,5d₀,    a₂>3d₀,    Ь₂>Зс/₀,

где d₀ — диаметр отверстия под болт.

В настоящем стандарте даны методики расчета болтовых соединений, в которых все болты одинаковые. Не рассматриваются соединения, в которых имеется только один болт.

4 < < М М X ММи Э--Ф--Ф г А а2	А
Рисунок 5 — Размещение отверстий в болтовом соединении, нагруженном сдвигающей нагрузкой в направлении А

6.4.1.2    Срезные соединения

Соединение используется в тех случаях, когда смещение соединяемых деталей в результате выборки зазора не оказывает негативного влияния на работу конструкции. Не рекомендуется применять срезные болтовые соединения для восприятия реверсивной нагрузки.

В срезных соединениях:

-    болты должны быть установлены в отверстия по посадке, соответствующей проектной документации;

-    должны быть предусмотрены меры против самоотвинчивания гаек.

6.4.1.3    Фрикционные (сдвигоустойчивые) соединения

Соединения применяются в узлах, для которых недопустим относительный сдвиг соединяемых элементов, воспринимающих статические и переменные, в том числе реверсивные, нагрузки.

В этих соединениях:

-    при монтаже соединения должна быть обеспечена контролируемая затяжка болтов на заданное усилие;

-    контактные поверхности соединяемых деталей должны быть подготовлены таким образом, чтобы обеспечивалось хорошее прилегание, а также стабильный и высокий коэффициент трения;

-    поверхности деталей, на которые опираются головка болта и шайба, должны быть параллельны.

ГОСТ 33169-2014

6.4.1.4 Фланцевые соединения

Во фланцевых соединениях:

-    расстояния от центра болта до поверхности присоединяемого элемента должны быть минимальными (размеры Ci и с₂, рисунок 6);

-    контактные поверхности фланцев должны обеспечивать плотное прилегание после затяжки болтов;

-    болты и гайки должны быть защищены от самоотвинчивания;

-    сварное соединение элемента конструкции с фланцем должно быть рассчитано на прочность по указаниям 6.3.

В настоящем стандарте представлены методы подтверждения работоспособности фланцевых соединений, в которых фланец имеет толщину не менее диаметра болта.

^ Z, 1 /34 o" ь °2 X У 1 b ra /£4 Ira igj/ Л /34 Ira £ 4 £ 4 £ 4

Рисунок 6 — Пример схемы размещения болтов во фланцевом соединении

6.4.2 Условия прочности, предельные силы

6.4.2.1 Срезные соединения

Подтверждение прочности срезного соединения требует проверки по следующим условиям:

а)    прочность болта на срез;

б)    прочность присоединяемого элемента и болта на смятие;

в)    прочность присоединяемого элемента по сечению нетто с учетом ослабления отверстиями.

Все проверки осуществляются в форме сравнения сдвигающей силы, действующей на наиболее

нагруженный болт, с предельной или допустимой сдвигающей силой.

а) Проверка прочности болта на срез производится по следующим условиям:

- по предельным состояниям

Рьпс -Fbsnc >    (21)

-    по допускаемым напряжениям

Рьян -FbsflH .    (22)

где Р_ьпс ^и Редн — расчетная сдвигающая сила, приходящаяся на один болт, вычисляемая по комбинации нагрузок согласно ГОСТ 32579 по предельным состояниям и допускаемым напряжениям; F_bsпс и F_6sflH — предельная сдвигающая нагрузка на болт по условию прочности на срез, вычисляемая по следующим формулам:

-    по предельным состояниям    -

W = °,⁴^—,    (23)

-    по допускаемым напряжениям

F_bsaH = 0Aⁿ—^tL ,    (24)

где n_s—число поверхностей среза;

а_вй — минимальное значение временного сопротивления материала болта; A_bs — площадь поперечного сечения стержня болта в плоскости сдвига;

у_с=1,0.

13

ГОСТ 33169-2014

Коэффициент у_т = 1,1, значение у_с принимается по таблице 4. Коэффициент запаса n_f=y_ny_fj_c, коэффициенты у„ и у_f находятся по указаниям 6.2.2.

Таблица 3 — Значения коэффициента трения ц для фрикционного соединения

Способ подготовки поверхностей Коэффициент трения \ih Дробеструйная или пескоструйная обработка при отсутствии неровностей 0,50 Дробеструйная или пескоструйная обработка и алюминизирование 0,50 Дробеструйная или пескоструйная обработка и металлизирование с продуктом на основе цинка 0,50 Дробеструйная или пескоструйная обработка с покрытием щелочно-цинковой силикатной керамикой толщиной 50—80 мкм 0,40 Гальваническое покрытие поверхностей с погружением в горячий раствор и слегка подвергнутых дробеструйной или пескоструйной обработке 0,40 Очистка проволочной щеткой, резаком или газовым пламенем до металлического блеска 0,30 Очистка и травление поверхностей 0,25 Очистка от слоев ржавчины, смазки и грязи (минимальное требование) 0,20

Таблица 4 — Коэффициент условий работы ус для фрикционного соединения

Разность диаметров отверстия и болта 8 Коэффициент условий работы ус для случаев, в которых принимаются значения коэффициента трения рл Менее 0,25 От 0,25 до 0,35 включ. Более 0,35 8<2мм 1,30 1,20 1,10 8>2мм 1,60 1,30 1,20

6.4.2.3 Фланцевые болтовые соединения

Подтверждение работоспособности фланцевого соединения требует проверки по следующим условиям:

а)    нераскрытие стыка, то есть обеспечение сжатия фланцев при минимальном возможном предварительном натяжении болта и максимальной внешней растягивающей нагрузке;

б)    прочность болта при максимальном возможном предварительном натяжении и максимальной внешней растягивающей нагрузке;

в)    отсутствие сдвига в стыке при действии максимальной сдвигающей силы и момента.

Сила натяжения болта под нагрузкой вычисляется с учетом взаимодействия его с фланцем (Б.2, приложение Б).

а) Проверка нераскрытия стыка при максимальной нагрузке производится по следующим условиям:

-    по предельным состояниям

пс -Fьопс;    (33)

-    по допускаемым напряжениям

в>дн -Fьодн i    (34)

где Р_ьпс и Р_ьд_Н — расчетная растягивающая сила, приходящаяся на один болт, которая вычисляется по комбинации нагрузок согласно ГОСТ 32579 по предельным состояниям и допускаемым напряжениям;

Fbonc ^и ^ьодн — предельное значение силы растяжения болта от внешней нагрузки, вычисляемое по правилам расчетов по предельным состояниям и допускаемым напряжениям. Предельная растягивающая сила на один болт по условию нераскрытия стыка фланцев вычисляется как

- по предельным состояниям

^Fb0™-W4) ’    ⁽³⁵⁾

- по допускаемым напряжениям

15

_ S₀( 1 - г) ПД1-Х) ’

где S₀ —значение предварительного натяжения болта, S₀ < 0,7A_bo_Tb',

%< 1 — коэффициент внешней нагрузки (Б.2, приложение Б).

Если расчетная длина болта t_F=(2 + 4)d_b и tJt_F > 0,8 (рисунок 7), коэффициент % вычисляется как

гдеО_№е— эквивалентный диаметр зоны сжатия под болтом, D_we=1,2D_w; если сжимаемые болтом элементы конструкции имеют диаметр D_w1 < 1,2D_we (рисунок 7, в), то в расчетные формулы подставляется значение D_we= D_w1;

D_w — диаметр опорной поверхности, передающей нагрузку от болта на фланец, то есть диаметр шайбы или размер под ключ гайки или головки болта; d₀ — диаметр стержня болта без резьбы; е = 0,2н-0,4 — отношение минимальной допустимой силы сжатия фланцев к исходному сжатию от предварительного натяжения болта; меньшие значения допустимы для фланцев, которым не грозит коррозионное повреждение;

Ус= 1.1-

Коэффициент % в более широком диапазоне параметров может быть вычислен по методике [1], где он обозначен как Ф. Коэффициент запаса n_f=y_ny_fy_c находится по указаниям 6.2.2.

б) Проверка прочности болта при максимальной нагрузке производится по следующим условиям:

- по предельным состояниям

Рьпс -Fьтс .    (38)

- по допускаемым напряжениям

Рьдн -Рь(дн •    (39)

Предельная растягивающая сила от внешней нагрузки на один болт по условию прочности болта вычисляется как

- по предельным состояниям

ГотьАь

- по допускаемым напряжениям

МДН2“

где о-гь — предел текучести материала болта;

А_ь — минимальная площадь сечения болта;

Ут ⁼ 1.1 •

ГОСТ 33169-2014

Содержание

1    Область применения ........................................................................................................................................... 1

2    Нормативные ссылки .......................................................................................................................................... 1

3    Термины и определения .................................................................................................................................... 2

4    Обозначения и сокращения .............................................................................................................................. 2

5    Общие положения .............................................................................................................................................. 5

5.1    Общие принципы ......................................................................................................................................... 6

5.2    Методы подтверждения работоспособности ...........................................................................................6

5.3    Содержание документации по подтверждению работоспособности конструкции .......................... 6

6    Подтверждение прочности ................................................................................................................................ 7

6.1    Общие положения ........................................................................................................................................ 7

6.2    Подтверждение прочности элементов конструкции ............................................................................... 7

6.3    Подтверждение прочности сварных соединений .................................................................................. 8

6.4    Подтверждение прочности болтовых соединений ............................................................................... 12

6.5    Подтверждение прочности шарнирных соединений ........................................................................... 19

7 Подтверждение упругой устойчивости элементов конструкции................................................................. 21

7.1    Общие положения ...................................................................................................................................... 21

7.2    Устойчивость сжатых стержней .............................................................................................................. 22

7.3    Устойчивость сжато-изогнутых стержней ............................................................................................. 24

7.4    Устойчивость изгибаемых балок ............................................................................................................. 24

7.5    Местная устойчивость тонкостенных конструкций .............................................................................. 25

8    Подтверждение сопротивления усталости .................................................................................................. 28

8.1    Общие положения .................................................................................................................................... 28

8.2    Условие сопротивления усталости ......................................................................................................... 29

8.3    Характеристики сопротивления усталости ........................................................................................... 29

8.4    Расчетные напряжения ............................................................................................................................. 30

Приложение А (рекомендуемое) Местные напряжения в ездовых балках ................................................. 31

Приложение Б (рекомендуемое) Силы, действующие в болтовых соединениях ..................................... 35

Приложение В (рекомендуемое) Расчет проушины шарнирного соединения на прочность .................. 37

Приложение Г (рекомендуемое) Эквивалентная гибкость    составных стержней ................................. 39

Приложение Д (рекомендуемое) Расчетные напряжения в сжато-изогнутом стержне .......................... 40

Приложение Е (рекомендуемое) Критические напряжения для расчета пластин

на местную устойчивость ...........................................................................................................41

Приложение Ж (рекомендуемое) Пределы выносливости узлов металлических конструкций .............. 44

Приложение И (рекомендуемое) Коэффициент приведения предела выносливости

к расчетному количеству циклов ........................................................................................... 48

Библиография ........................................................................................................................................................ 51

ГОСТ 33169-2014

При контроле затяжки по моменту или углу поворота у_с = 1,2, при контроле по значению силы растяжения или удлинения болта у_с = 1,1. В формуле (41) следует принимать y_n = 1,1.

в) Если фланцевое соединение, загруженное сдвигающими силами, снабжено дополнительными элементами, воспринимающими сдвиг (штифтами, втулками, упорными уступами и пр.) то, они должны быть рассчитаны на действие максимальных сдвигающих сил и моментов на срез и смятие по методике 6.4.2.1. Если таких устройств нет, то должно быть выполнено условие отсутствия проскальзывания фланцев под действием сдвигающих сил Р_у и P_z:

-    по предельным состояниям

-V(Py+Pz²) + (1-Z)Px<^ ,    (42)

Ил    Ус

-    по допускаемым напряжениям

-V(^py+^pl) + (1-%)Px<—^ ,    (43)

Здесь v — общее количество болтов во фланцевом соединении.

Коэффициент трения \i_h выбирается по таблице 3. Направления сил соответствуют системе координат на рисунке 6. Сила Р_х считается положительной, если она растягивает фланцевое соединение.

6.4.3 Расчетные силы в болтовых соединениях

6.4.3.1 Срезные и фрикционные соединения

Нагрузки, действующие на болтовое соединение, вычисляются по расчетным комбинациям, найденным в соответствии с используемым методом расчета по указаниям ГОСТ 32579. Компонентами нагрузки являются сдвигающие силы Р_х\лР_у, приложенные в центре тяжести соединения, и момент M_z (рисунок 8). При расчете по методу предельных состояний Рх-РхПС, Ру Ру ПС и M_z = M_znc, при расчете по методу допускаемых напряжений Р_х = Р_хц_И, Ру=Рур,н и M_z = M_zRH.

Положение центра тяжести соединения относительно произвольной системы координат ХУ определяется координатами (рисунок 8)

X₀ = -tx_u и    Y₀ = -lY_u.    (44)

^ии= 1    ^ии=1

где U — количество болтов в соединении, и = 1, 2,..., U.

Остальные обозначения приведены на рисунке 8.

Многоболтовое соединение является статически неопределимой системой. Для его расчета принимаются следующие схемы распределения сил между болтами в соединении: сдвигающие силы Р_х и Р_у равномерно распределяются между всеми болтами, а сдвигающая сила от момента распределяется пропорционально модулю радиуса-вектора до болта г_и, проведенному из центра тяжести сечений всех болтов в соединении (рисунок 8).

Указаны сдвигающие силы от момента М2 Рисунок 8 — Схема нагружения болтов в срезном или фрикционном соединении

17

Введение

Целью разработки стандарта является совершенствование и унификация методов подтверждения работоспособности и долговечности металлических конструкций кранов в зависимости от условий их эксплуатации. Стандарт базируется на принципах и методах ISO 20332:2008 Cranes — Proof of competence of steel structures (Краны. Подтверждение несущей способности металлоконструкций), а также отдельных положениях EN 13001-3-1:2012 Cranes — General Design — Part 3—1: Limit States and proof competence of steel structure (Безопасность грузоподъемного крана. Общие требования к проектированию. Часть 3—1. Предельное состояние и подтверждение соответствия стальных конструкций) и норм FEM 1.001 (10.1998) Rules for the design of hoisting appliances (Правила проектирования подъемных устройств). При разработке проекта учтен опыт отечественного краностроения и действующие нормативные документы Российской Федерации.

Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 32579 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных на грузок и комбинаций нагрузок (части 1—5).

IV

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ГОСТ 33169-2014 СТАНДАРТ

КРАНЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ

Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности

Hoisting cranes.

Metal structures. Proof of competence

Дата введения — 2016—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт устанавливает общие условия, требования, методы и значения параметров, необходимые для подтверждения работоспособности металлических конструкций грузоподъемных кранов.

Настоящий стандарт распространяется на металлические конструкции грузоподъемных кранов всех типов и может быть использован при проектировании других подъемно-транспортных машин. Расчетные методы подтверждения работоспособности, представленные в данном стандарте, применимы для конструкций, температура которых в процессе эксплуатации не превышает 200°С. Специальные вопросы подтверждения работоспособности металлических конструкций кранов отдельных типов или эксплуатируемых в особых условиях в настоящем стандарте не рассматриваются.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 2.106-96 Единая система конструкторской документации. Текстовые документы ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 22356-77 Болты и гайки высокопрочные и шайбы. Общие технические условия ГОСТ 25346-89 Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений

ГОСТ 28870-90 Сталь. Методы испытания на растяжение толстолистового проката в направлении толщины

ГОСТ 32578-2013 Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Требования к материалам ГОСТ 32579.1-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 1. Общие положения

ГОСТ 32579.2-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 2. Краны стреловые самоходные

ГОСТ 32579.3-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 3. Краны башенные

ГОСТ 32579.4-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 4. Краны стреловые

ГОСТ 32579.5-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 5. Краны мостового типа

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты», который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по вы-

Издание официальное

пускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.

3    Термины и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32579.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1    работоспособность: Способность конструкции в пределах установленного ресурса воспринимать нагрузки, предусмотренные проектом, без нарушения прочности, упругой устойчивости и сопротивления усталости.

3.2    условие работоспособности: Условие, записанное в форме неравенства, устанавливающего соотношения между расчетными и предельными напряжениями или силами, выполнение которого с высокой вероятностью гарантирует обеспечение работоспособности конструкции по одному из критериев.

3.3    устойчивость (упругая устойчивость): Способность конструкции под действием нагрузок, предусмотренных проектом, сохранять первоначальную форму равновесного деформированного состояния и упруго восстанавливать ее после малых отклонений.

3.4    сопротивление усталости: Способность конструкции выдержать заданное количество циклов нагружения с определенными параметрами без возникновения усталостных трещин.

3.5    предельная сила: Максимальное значение силы, действующей на элемент конструкции, при котором обеспечено выполнение одного из условий работоспособности.

3.6    предельное напряжение: Максимальное значение напряжения в элементе конструкции, при котором обеспечено выполнение одного из условий работоспособности.

3.7    расчетная сила: Значение силы, действующей на элемент конструкции, вычисленное по определенной комбинации нагрузок в соответствии с правилами расчета по методу предельных состояний или допускаемых напряжений.

3.8    расчетное напряжение: Максимальное по абсолютной величине значение напряжения в элементе конструкции, вычисленное по определенной комбинации нагрузок в соответствии с правилами расчета по методу предельных состояний или допускаемых напряжений.

3.9    срезное соединение: Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки действуют перпендикулярно оси болта и передаются между соединяемыми деталями за счет контакта стержня болта с поверхностью отверстия.

3.10    фрикционное соединение: Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки действуют перпендикулярно оси болта и передаются между соединяемыми деталями за счет сил трения, создаваемых в результате предварительной (монтажной) затяжки болтов.

3.11    фланцевое соединение: Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки передаются между соединяемыми деталями за счет растяжения болта.

4    Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены обозначения и сокращения, приведенные в таблице 1.

Таблица 1 — Основные обозначения, используемые в настоящем стандарте

Обозначение (сокращение) Описание обозначения (сокращения) Индексы ПСиДН индексы, означающие, что данная величина вычисляется, соответственно, по методу предельных состояний или по методу допускаемых напряжений Abs площадь поперечного сечения стержня болта в плоскости сдвига Аь минимальная площадь сечения болта по резьбе А0 площадь сечения оси шарнирного соединения As площадь среза проушины Аб расчетная площадь сечения проушины Ст расчетное количество циклов работы крана за срок службы

Обозначение (сокращение)	Описание обозначения (сокращения)
cz	приведенная ширина зоны распределения местной нагрузки
d	размер пластины
do	диаметр отверстия под болт
db	диаметр стержня болта на участке без резьбы
FbsnB	предельная сдвигающая сила на болт по условию прочности на срез, вычисленная по методу предельных состояний
FbsflH	предельная сдвигающая сила на болт по условию прочности на срез, вычисленная по методу допускаемых напряжений
FЬрПБ	предельная сдвигающая нагрузка на болт по условию смятия поверхности, вычисленная по методу предельных состояний
FbpPH	предельная сдвигающая нагрузка на болт по условию смятия поверхности, вычисленная по методу допускаемых напряжений
FbhVB	предельное значение силы трения, создаваемой болтом между соединяемыми поверхностями, вычисленное по методу предельных состояний
Fьлдн	предельное значение силы трения, создаваемой болтом между соединяемыми поверхностями, вычисленное по методу допускаемых напряжений
О IZ U?	предельное значение силы растяжения болта от внешней нагрузки, вычисленное по методу предельных состояний
Fbw	предельное значение силы растяжения болта от внешней нагрузки, вычисленное по методу допускаемых напряжений
Jr	момент инерции сечения продольного ребра
drp	момент инерции сечения поперечного ребра
к	расчетная высота шва
k	катет шва
К	коэффициент концентрации напряжений
^na	коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов при расчете по нормальным напряжениям
^nx	коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов при расчете по касательным напряжениям
ks	коэффициент устойчивости пластины в условиях одноосного напряженного состояния
ksz	коэффициент устойчивости пластины в условиях местного поперечного нагружения
К	коэффициент устойчивости пластины при чистом сдвиге
iwi	длина /'-го участка углового шва
L	расчетная длина стержня
Le	эффективная длина стержня
m	показатель наклона усталостной кривой
Nj	количество циклов до возникновения трещины при стационарном нагружении с размахом напряжений А о
ns	число поверхностей среза в болтовом соединении
nf	коэффициент запаса прочности
R R R	силы, приложенные к расчетному узлу
My, My	изгибающие моменты, приложенные к расчетному узлу
Pbnc	расчетная сдвигающая сила, приходящаяся на один болт, вычисленная по методу предельных состояний
в>дн	расчетная сдвигающая сила, приходящаяся на один болт, вычисленная по методу допускаемых напряжений

Обозначение (сокращение)	Описание обозначения (сокращения)
R	коэффициент асимметрии цикла
Ъ	расчетное сопротивление
Rqw	расчетное сопротивление для сварного соединения стыковым швом
R,w	расчетное сопротивление для сварного соединения угловыми швами
s0	сила предварительной затяжки болта
t	толщина элемента конструкции
к	толщина диафрагмы
tf	толщина пояса балки
tw	толщина стенки балки
к	меньшая суммарная толщина листов в болтовом соединении, сдвигаемых в одном направлении
vyk и vz,	количество болтов в /(-ом (отсчитываемом вдоль оси у) и /'-ом (отсчитываемом вдоль оси z) ряду
U	количество болтов в соединении
YiMZj	координаты расположения болтов
V/^Z,	координаты расположения болта, наиболее удаленного от оси раскрытия фланцев
z,	количество циклов нагружения с размахом напряжений До,
P	радиус инерции сечения стержня
Jm	коэффициент надежности по материалу
Ус	коэффициент условий работы
Уn	коэффициент ответственности, принимаемый по ГОСТ 32579.1 (таблица 10)
Уf	коэффициент надежности, принимаемый по ГОСТ 32579.1 (таблица 4)
Ф	коэффициент снижения допускаемых (предельных) напряжений при расчете на устойчивость
X	гибкость стержня
X	условная гибкость стержня
И	допустимая гибкость стержня
Ц	коэффициент, учитывающий условия закрепления стержня
Рл	коэффициент трения
4*	коэффициент влияния пластичности
Ss	коэффициент защемления, учитывающий условия закрепления пластины по кромкам
У	параметр распределения нормальных напряжений по сечению пластины
Ус	коэффициент условий работы, учитывающий дополнительные особенности, конкретизируемые при расчетах отдельных элементов конструкций
Уi	параметр распределения нормальных напряжений по сечению панели пластины
ф	коэффициент снижения допускаемых (предельных) напряжений
и	допускаемое напряжение
ы	допускаемое напряжение для сварного соединения
O'р	нормативное значение предела текучести материала
®BW	нормативное значение временного сопротивления металла сварного шва
оТь	нормативное значение предела текучести материала болта
b	минимальное нормативное значение временного сопротивления материала болта
Ос	критическое напряжение для пластины, загруженной только продольным нормальным напряжением
%	критическое напряжения для /'-ой панели пластины, загруженной только продольным нормальным напряжением

Обозначение (сокращение)	Описание обозначения (сокращения)
&ZC	критическое напряжение для пластины, загруженной только поперечным нормальным напряжением oz
®се	критическое напряжение пластины из абсолютно упругого материала в условиях одноосного напряженного состояния
®cze	критическое напряжение пластины из абсолютно упругого материала в условиях местного поперечного нагружения
°Х	нормальное продольное напряжение в элементе конструкции
Oz	нормальное поперечное напряжение, например в зоне местного нагружения
°esnc	максимальное эквивалентное нормальное напряжение в элементе конструкции, вычисленное по методу предельных состояний
°esflH	максимальное эквивалентное нормальное напряжение в элементе конструкции, вычисленное по методу допускаемых напряжений
^esi^nc	максимальное эквивалентное нормальное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу предельных состояний
Gesi/vflH	максимальное эквивалентное нормальное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу допускаемых напряжений
Д^тах	расчетный размах нормальных напряжений
AOr	расчетный предел выносливости по размаху нормальных напряжений, определенный на базе Л/0=2 ■ 10е
AOr„	нормативный предел выносливости по размаху нормальных напряжений, определенный на базе Л/0=2 ■ 10е
A R	расчетный предел выносливости по размаху касательных напряжений, определенный на базе Л/0=2 ■ 106
&lRn	нормативный предел выносливости по размаху касательных напряжений, определенный на базе Л/0=2 ■ 10е
Xxz	касательное напряжение
XC	критическое напряжение пластины при чистом сдвиге
^ce	критическое напряжение пластины из абсолютно упругого материала при чистом сдвиге
Ы	допускаемое касательное напряжение для сварного соединения
^esi^nc	максимальное эквивалентное касательное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу предельных состояний
^eswflH	максимальное эквивалентное касательное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу допускаемых напряжений
Axmax	расчетный размах касательных напряжений
Mr	расчетный предел выносливости по размаху касательных напряжений на базе NR=2-106

5 Общие положения

5.1    Общие принципы

5.1.1    Подтверждение работоспособности выполняется для узлов, элементов и деталей, отказ которых может нарушить функционирование крана или создать опасность для людей или окружающей среды. Подтверждение работоспособности конструкции включает:

а)    расчетное подтверждение работоспособности с использованием методов, представленных в настоящем стандарте;

б)    выполнение следующих конструктивных требований:

- пригодность выбранных сталей для металлической конструкции, болтовых и шарнирных соединений, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур, подтверждена согласно требованиям ГОСТ 32578;

5

-    поверхности элементов металлической конструкции, болтовых и шарнирных соединений защищены от коррозионного повреждения с учетом уровня агрессивности среды;

-    соответствие качества изготовления конструкции установленным требованиям подтверждено результатами контроля;

-    если температура конструкции в процессе эксплуатации превышает 100°С, то в расчетах должно быть учтено изменение механических характеристик стали и, при необходимости, влияние местных тепловых воздействий на напряженно-деформированное состояние элементов конструкции.

Примечание — При использовании положений данного стандарта для подтверждения работоспособности конструкции, бывшей в эксплуатации и отремонтированной с применением сварки, в расчетах должны быть учтены влияние изменения механических свойств металла и, при необходимости, наличие дефектов или повреждений.

5.1.2    В общем случае для элементов конструкции и соединений должны быть выполнены:

-    подтверждение прочности в соответствии с разделом 6;

-    подтверждение упругой устойчивости в соответствии с разделом 7;

-    подтверждение сопротивления усталости в соответствии с разделом 8.

Для каждого элемента конструкции выполняются только те расчеты, которые необходимы для подтверждения его работоспособности с учетом условий эксплуатации конструкции и условий нагружения данного элемента.

Представленные в настоящем стандарте методики базируются на следующих положениях:

-    расчетные напряжения в элементах конструкции вычисляются от действия внешних нагрузок по проектным размерам в предположении абсолютно упругой работы материала, без учета концентрации напряжений, допусков на изготовление, остаточных напряжений и сварочных деформаций;

-    расчетные напряжения в стержневых и балочных элементах конструкции вычисляются как номинальные, то есть с использованием технической теории изгиба стержней;

-    при расчете узлов, подвергаемых местному нагружению (в области локального приложения нагрузки), учитываются максимальные местные напряжения;

-    в случаях, когда перемещения (прогибы) конструкций приводят к существенному (более 10%) увеличению изгибающих моментов (как, например, в сжато-изогнутых элементах) вычисление внутренних усилий в элементах конструкций следует вести по деформированной схеме (7.3).

5.1.3    Для подтверждения работоспособности конструкций, кроме методов, представленных в данном стандарте, могут быть использованы иные методы, адекватность которых должна быть подтверждена опытом применения, испытаниями или сопоставлением с известными нормативными подходами. Применение альтернативных методов должно обеспечивать надежность конструкции в условиях эксплуатации, соответствующих техническим требованиям заказчика.

5.1.4    Для анализа напряженно-деформированного состояния конструкции допускается применять метод конечных элементов.

5.2 Методы подтверждения работоспособности

5.2.1    Подтверждение работоспособности конструкции может быть выполнено путем расчета по методу предельных состояний или по методу допускаемых напряжений, которые представлены в ГОСТ 32579.1. Подтверждение сопротивления усталости в настоящем стандарте представлено только по методу допускаемых напряжений. Остальные условия работоспособности приведены для обоих методов расчета.

5.2.2    Для каждого вида расчетов указаны рекомендуемые значения коэффициентов надежности, путем непосредственного задания или ссылкой на соответствующий пункт стандарта или нормативный документ. В обоснованных случаях в расчете могут использоваться значения коэффициентов запаса или надежности, отличные от приведенных в настоящем стандарте.

5.2.3    Работоспособность конструкций или их элементов в дополнение к расчетам может быть подтверждена экспериментальными методами. Значения нагрузок при испытаниях должны соответствовать расчетным нагрузкам и комбинациям нагрузок по ГОСТ 32579 для исследуемых предельных состояний. Для подтверждения работоспособности конструкций допускается применять метод конечных элементов при условии, что постановка задачи и методы анализа соответствуют положениям настоящего стандарта.

5.3    Содержание документации по подтверждению работоспособности конструкции

Материалы, подтверждающие работоспособность конструкции, должны быть представлены в документах «Пояснительная записка» и «Расчеты», выполняемых в соответствии с ГОСТ 2.106. Они должны содержать: