государственный российский научно -исследовательский И ПРОШНО-КОНСТРУКТОРСКИЯ институт подъемно-транс
ПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ ( ЬНИИПТМАШ )
ПОСОБИЕ
по расчету элементов стальных конструкций
грузоподъемных кранов ( к СТО 24.09 - 5821 -01 - 93 )
Утверждено
приказом ШИИГПМАШ № II от 25.06.93
приказом Ассоциации "Лоцъемтранстехника’* £ 36 от 15.06.93
1993
Значения изгкбавдкх моментов в сжато-изогнутых стершях
Рис. S. 1 Коэффициенты увеличения изгибающих моментов
а) при действии поперечных равномерно-распределенной ( /7^) и сосредоточенной (Пр ) нагрузок;
б) при наличии начального искривления
С. 13
Специфические вопросу расчета пластинок, входящих в элементы конструкции, будут изложены во втором выпуске СТО. Ощ-ако, при отсутствии дополнительных указаний,расчет стенок и поясов <5алок допускается производить, исходя из условий шарнирного опираем пластинки по ее контуру, что в ряде случаев идет в запас.
7.2, Приведенные расчетные зависимости подучены в предположении, что начальные несовершенство плостикск ораьм.де-гыю невелики (нечалькел погибь So не превышает 30£ от татмчн: пластинки t ).
При больших значениях погиби пластинки слезет рассчитывать методами теории упругости.
Анализ работы пластинок с начальными иесоэершенствлмг дон в работе/97/ . Дня оценки влияния местных вмятин пластинок с относительно небольшой гибкостью ( ^ < 60...60 ). могут бить
использованы разработанные в институте ВН1#ст]Х)й;;ормси! рекомендации / 71 / .
Нормированные значения несовершенств см., например,
/43, 67, 73/ .
При выполнении практических расчетов допускается учитывать влияние погибей на несущую способность пластинок введением предусмотренного в СЮ дополнительного корректирующего коэффициент Кпг
7.3, Для определения критических напряжений сжатых и сжато-изогнутых пластинок с различными условиями опирания на копту ;> использованы материалы работ / 7, 86, 96/.
7.4, В работе/97/ изложены данные расчетов прямоугольны;-: пластинок при разнообразных нагрузочных условиях.
Расчеты базируются на уравнениях Кармэна, описывающих деф01>-мации и напряженное состояние пластинок с большим прогибом /54/ .
Использован метод конечных разностей; принято, что профиль пластинки описывается в обоих направлениях синусоидальными зави
а
гце
6о - начальное отклонение (погибь) в центре пластины ; а,*> - размеры пластинки.
При расчетах определялись деформации и напряжения з функции р/р* для диапазоне значений:
ф = О... 1,0
С*
t - толщина пластинки.
При этом
Р ^ _£[_ ( 7.2 )
Ркр
6 - наибольшее расчетное напряжение на краю пластинки
без учета ее деформации ; б„р - критическое напряжение по Эйлеру :
бкр = КС • ( 7.3 )
6<Р = 4*6-(£У
Рассматриваются две предельных состояния, соответствующих *
- наступлению условий, препятствующих дальнейшей нормальной эксплуатации ;
- полному исчерганию несущей способности пластинки.
Для первого случая имеет место зависимость :
без ^ Ry’ftc ( 7.4 )
для второго случая
бет 4 Ry ■ до ( 7.5 )
где
6es~ эквивалентное напряжение на поверхности пластинки ; 6~ет- эквивалентное мембранное напряжение.
На рио. 7.1 приведена схема деформаций и распределения напряжений для шарнирно опертой по контуру квадратной пластинки, испытывающей на продольных кромках равномерно распределенные снимающие напряжение 6у.
Показаны также характерные точки (1-5), для которых определены деформации и напряжения:
Ниже приведены некоторые результаты расчетов, иллюстрирую-щие влияние начальных несовершенств на несущую способность пластинок.
На рио. 7.2 - то же, для пластинки испытывающей на поперечных кромках действие изгибающего момента.
Для сжатой квадратной пластинки значение Кб = 4,0, для испытывающей изгиб квадратной пластинки Кб * 25,6 ; прямоугольной пластинки с отношением сторон б-0~ Кб - 24,1.
На рис. 7.3 - 7.4 и рис. 7.5 - 7.6. даны графики подученных расчетами показателей, относящихся к квадратным и прямоуголь
ным пластинкам.
На графиках рис. 7.3, 7.5 и 7.6 в функции отношения действующей нагрузки Р к критической нагрузке Ркр (или соответ-
б . &Q
отвенно, ) для различных соотношений даны знг-j‘ieiir.r
\JKp > Г
относительных прогибов для точки 4 - —■ .
На рис. 7.3 приведены также значения параметра
бутах KS0J*P8TH0^ пластинки, характеризующего степень .увеличения сжимающих напряжений.
На рис. 7.4, 7.5 к 7.6 показаны зависимости .для определения возникающих в отдельных точках пластинки безразмерных поверхностных напряжений без- и мембранных напряге-
ний бет = • Эти показатели характеризуют
отношение действующих напряжений к номинальным напряжениям не кромках пластинки [бу или 6Х).
У
Fite. 7.1 Характер изменения напряженного состояния и деформации сжатой, иартрио опертой квадратной пластинки. Цукдткр-ной линией обозначено поланеине кромок после деформации пластинки
|
Рис. 72 Характер изменения напряженного состояния и деформации , шарнирно опер
той пластинки, нагруженной моментом. Пунктирной линией обозначено положение кромок после деформации пластинки |
Ofi Q75 1,0
125 p
Ркр
Рис. 7.3 Относительный прогиб Ь^-Ь и параметр Оу/бутах
(сжатая квадратная пластинка)
|
Рис. 7.4. Безразмерные параметры поверхностных напртениЯ Д*я точек I,
4, 8 я мембранных напряжения Овт %як точки 3
(сжатая пакитш маетшпа) |
мерные_параметрн поверхностных напряжений 6е$ Для уточек Г и 5 и мембранных напряжений G&n для точки 2 для квадратной пластинки, испытывающий изгиб
соединений ......................................... 3
|
3. Расчетные характеристики материалов и сварных |
4. Учет условий работы ................................ $
5. Расчет стержней на осевые силы ................... С
6. Расчет сжато-изогнутых стержней ............. 0
7. Проверка устойчивости пластинок ....................4 О
8* Проверка общей устойчивости балок ..................
9* Некоторые особенности выполнения сварных соединений -и их расчета ....................................... ot)
10. Особенности выполнения и расчета болтовых соединений
11. Расчет элементов стальных конструкций на
сопротивление усталости ...........................
12. Расчет полок ездовых простей на действие
местных нагрузок ......... €3
13. Особенности расчета балок с перфорированной
стенкой ........... (у
14. Расчет подтележечных направляющих (рельсов) $3
15. Особенности конструирования и расчета угловых
сопряжений прямолинейных балок ..................
16. Устойчивость полок и стенок прокатных и составных
сварных сжатых, сжато-изогнутых и изгибаемых элементов постоянного поперечного сечения........
17. Расчет шарнирных соединений .....................
Литература
V-/cS ДЛЛ VUHOIV t п с/ п niwBiw^uiiw
напряжений 6V/77 для точки Z для прямоугольной пластинки с соотношением сторон Q*S =1:1*5 (изгиб)
С- 4
ВВЕДЕНИЕ
Пособие по расчету элементов стальных конструкций грузоподъемных кранов является дополнением к СТО 24.09-5821-01-93 иКраны грузоподъемные промышленного назначения. Нормы и методы расчета элементов стальных конструкций1.’
В "Пособии" излагаются основные положения, использованные при разработке включенных в состав СТО нормативов и методик.
Приведены также указания, направленные на уточнение расчетов некоторых элементов, относительно редко используемых в кранах, при анализе поломок конструкций и в т.п. случаях.
Некоторые особенности выполнения конструкций, гарантирующие их несущую способность, приведены в разделах 9, 10 и 15.
После апробации в расчетной практике ряд материалов пособия предлагается включить в состав СТО.
Приведены также примеры расчета некоторых элементов и дан перечень литературы.
Пособие составлено сотрудниками лаборатории грузоподъемного оборудования ВНИИПТМАШ Абрамовичем И.И., Березиной Е.П., Рябовой Н.Н.
I. СБЩИЕ УКАЗАНИЯ
IЛ. Настоящее пПособием содержит рекомендации по рас* чету отдельных элементов конструкции, дополняющий включенные в состав СТО нормативные указания.
1.2. Порядок изложения материалов в "Пособии" соответствует принятому в СТО, за исключением дополнительных разделов, излагающих расчеты элементов, не рассматриваемых в СТО.
2. ТРЕБОВАНИЯ К МАТЕРИАЛАМ
2.1. Применение материалов, не предусмотренных действующими нормативами на грузоподъемные кроны (см. например,
/ 72 / ^ допускается при условии согласования, с головной научно-исследовательской организацией по грузоподъемным кранам.
2.2. Сопоставительные характеристики зарубежных и отечественных материалов - см. / 22 Л
2.3. Основные требования к конструкциям и материалам кранов исполнения ХЛ - см. / 9, 33, 34, 62, 65 /,
3. РАСЧЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МАТЕРИАЛОВ СВАРНЫХ
СОЕДИНЕНИЙ
Приведенные в СТО расчетные характеристики материалов и сварных соединений базируются на действующих строительных нормах / 65, 66 / ,
4. УЧЕТ УСЛОВИЙ РАБОТЫ
4.1. Для назначения коэффициентов условий работы учитывают возможные отклонения принятой расчет ой схемы от особенностей реальной конструкции (несовершенство расчета’'.
С. 6
4.2. Значения коэффициента Ос условий работы элементов
конструкции кранов отдельных типов допускается принимать по
данным, приложения 2 - С / (? ™ "Зременны^указаш^Гпо рас
чету стальных конструкций мостовых и козловых кранов4.
5. РАСЧЕТ СТЕРШИ НА ОСЕВЫЕ СИЛЫ
5.1. Расчет стержней на прочность производят только для упругой стадии работы.
5*2. Значения коэффициента продольного изгиба У , помимо графиков, приведенных на рис. 5.1 РД, определяют также по фор^ мулам (5.1 - 5^3) для любых значений Ry‘-При о< Л 2,5
-i-(0,075- 5,53 /Г
При 2,5 < Л ^ 4,5
У= ^7 - ЩО-f '(о,27/ - 2.7,3 &)'А +
* U 0275 - 5, 53 Пр:: Л >4,5
У= 332
лг(51-Х)
5.3. Значения коэффициентов приведения длины JU для одиночных сжатых стержней приведены в табл. 5.1.
5.4. Значения гибкости JL , определяемой о учетом влияния концевых закреплений и конфигурации стержня, не должны превосходить приведенных в табл. 5.2.
Условия на концах стержня
Оба конца шарнирно закреплены, возможность бокового смещения отсутствует.
1,0
Один конец свободен, другой -заделан.
2,0
Один конец может смещаться в продольном направлении с возможностью поворота, второй - заде лан
Один конец заделан, второй без поворота может смещаться в продольном направлении
Таблице 5.2.
Предельные гибкости стервеней |
Шзначбщте стержня |
Стешсеаь |
|
Растянут |
ОК0! |
Пояса ферм и одиночные стержни (подкосы, опорные стойки к т.п.) |
150 |
120 |
Расчетные элементы решетки |
200 |
150 |
Нерасчетные поддерживающие элементы |
250 |
200 |
|
Примечание: I. Дня элементов р*ш*т*& внешних граней ферм и других,
которые могут подвергаться внешним механическим воздействиям при транспортировке и монтаже, величина гибкости должна быть ограничена значением X * 180.
2. Дяя стервеней с различными значениями гибкости в вертикальной и горизонтальной плоскостях /Лх Ф*Ау! (предельные значения относятся к большой гибкости.
5.5.3 плоских фермах (гранях пространственных ферм) следует учитывать влияние защемлений концов стержней.
Дщ? испытывающих сжатие раскосов и стоек ферм, влияние этих
защемлений оценивают введением коэффициента приведения длины JU = 0,8.
У ферм, испытывающих поперечный изгиб, один из поясов растянут, что способствует-увеличению эффекта защемления.
Здесь, с использованием данных рбботы /b/f Цредлагается определять величину л в зависимости от геометрических и нагрузочных параметров конструкции.
При этом целесообразно дополнительно учитывать влияние фесо-иок, расположенных в плоскости фермы /ю/.
С. 9
При оценке устойчивости отеркней против выпучивания из плоскости фермы на величину влияет крутильная жесткость
поясов^ для пространственных конструкций следует учитывать также примыкание к поясам поперечных связей /88/ .
6. РАСЧЕТ СКАТО-ИЗОГНУТЫХ СТЕРЖНЕЙ
6.1. Наиболее общим методом для расчета стержней, нагруженных продольной снимающей силой и поперечным изгибающим моментом, является метод расчета по деформированному состоянию, изложенный в работах /*30, 35 , 43, 51, 88 и цр./*
Примечание,
В том случае, если прогиб, вызванный действием продольной силы не превышает 10% от начального прогиба, обусловленного действием поперечных нагрузок, расчет по деформировяиному состоянию не производится.
6.2. Для практического применения могут быть использованы приведенные ниже рекомендации.
При расчетах сжато-изогнутых стержней определяют полный изгибающий момент, действующий в сечении X
Mn(X)=Mx+tf'fn С S.I )
- изгибающие моменты в сечении X от действия поперечной нагрузки или (и) внецентренно приложенной осевой нагрузки
N ;
-f - полный прогиб в сечении X У л
Должно быть обеспечено условие
A W
эмеь
местных ослаблений).
(с'2)
где
AjW~ площадь и момент сопротивления в сечении X (с учетом
Для шарнирно-опертых стержней некоторых типов выражения для изгибающих моментов Мп ^х) Б зависимости от параметра
( G.3 )
дани в табл. 6.1.
Значения изгибающих моментов Mt/z в середине пролета стержня ( х * £ ) могут быть такте определены:
- для равномерно распределенной нагрузки СУ :
Мг/г =
- для сосредоточенной нагрузки Р , приложенной в сере
дине пролета:
Рф£ • tip
4
- в случае наличия начального искривления с амплитудным значением fo :
Mt/г - N-fo -n.f
Значения коэффициентов увеличения изгибающих моментов в функции параметра К9 tly , tip и /?у принимают по графикам рис. 6.1.
6.2. Для расчетов может быть использована также методика, изложенная в нормах /65, 66/ .
Удовлетворительные практические результаты достигаются при использовании известной двухчленной формулы ЯОинского, принятой также в стандарте ФРГ D/V 1414 /75/. В ©той интерпретации и приводятся рекомендации соответствующего раздела СТО.
7. ПРОВЕРКА УСТОЙЧИВОСТИ ПЛАСТИНОК
7.1. з разделе 7 СТО приводятся указания по проверке устойчивости сжатых и скато-изогнутых пластинок безотносительно к месту их использования (пояоа, стенки балок и т.п. ).