автореферат диссертации по строительству, 05.23.01, диссертация на тему:Выносливость металлических подкрановых конструкций при тяжелом режиме циклических нагружений

На правах рукописи

Кузьмишкин Алексей Александрович

ВЫНОСЛИВОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ТЯЖЕЛОМ РЕЖИМЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

АВТОРЕФЕРАТ . диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 2006

Диссертация выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» на кафедре «Строительные конструкции».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

заслуженный изобретатель России, Нежданов Кирилл Константинович

Официальные оппоненты - академик РААСН, доктор технических наук,

профессор

Ольков Яков Иванович

Ведущая организация - ООО «НОВОТЕХ» (г. Пенза)

Защита состоится «7» июля 2006 г. в 14— на заседании диссертационного совета Д 212.184.01 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства» по адресу:

440028, Пенза, ул. Г. Титова, д. 28, корп. 1, конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет архитектуры и строительства».

Автореферат разослан «7» июня 2006 г.

Ученый секретарь

доктор технических наук, профессор Болдырев Геннадий Григорьевич

диссертационного совета Д 212.184.01

В.А. Худяков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность. Рост экономики и ужесточение требований по безопасности производственного процесса, а также надежности и экономичности конструкций каркаса, неразрывно связано с техническим перевооружением действующих промышленных предприятий.

Проблема усложняется еще и тем, что техническое перевооружение предприятий, приводящее к увеличению выпуска продукции, как правило, вызывает ужесточение режима работы кранов и повышение их грузоподъемности. Результатом этого будет снижение долговечности подкрановых конструкций. Долговечность подкрановых конструкций во много раз ниже, чем других элементов каркаса здания и не превышает 5 — 10 лет. В цехах с тяжелым режимом работы кранов (7К...8К) усталостные трещины могут возникнуть через 1 - 3 года эксплуатации (0,7...0,8 млн. циклов).

Усталостные разрушения вызваны подвижными, циклическими воздействиями от колес крана. Выносливость зависит от числа циклов и величины подвижных динамических воздействий Р, Т и Мкр от колес мостовых кранов.

В Пензенском ГУАС с 1971 г. работает лаборатория выносливости, в которой проводятся усталостные испытания подкрановых балок под руководством основателя лаборатории - д.т.н., проф. Нежданова К.К.

Испытание крупномасштабных моделей подкрановых конструкций на специально разработанном стенде позволяет учитывать совместное действие местного сжатия и кручения. К несомненным достоинствам также следует отнести учет эффективного коэффициента концентрации напряжений при определении эквивалентных касательных напряжений, что позволяет объяснить возникновение различных типов трещин (как в верхней зоне стенки, так и в местах вырезов ребер).

К настоящему времени создано значительное количество технических решений, направленных на повышение ресурса работы элементов системы кран -подкрановый путь. Многие из них зарегистрированы как изобретения.

Следует выделить два основных пути повышения выносливости подкрановых конструкций:

1) разработка конструктивной формы подкрановой конструкции с увеличенным ресурсом эксплуатации;

2) увеличение ресурса подкрановых конструкций, находящихся в эксплуатации, и разработка способов восстановления их работоспособности в условиях действующего производства без остановки технологического процесса.

Нужно отметить, что эти задачи не следует противопоставлять друг другу, они являются разными путями решения одной задачи. Кроме того, основой их успешного развития является глубокое изучение действительной работы подкрановых балок и совершенствование на этой основе надежной методики расчета подкрановых конструкций на выносливость.

Цель данной работы - повышение выносливости замкнутых профилей подкрановых конструкций, разработка подкрановых балок и подкраново-подстропнльных конструкций, применяемых при модернизации существующих

подкраново-подстропильных ферм.

Для достижения этой цели необходимо решить следующие задачи:

— разработать сортамент эллиптических трубчатых профилей;

— изготовить модели рельсобалочных конструкций и провести их усталостные испытания на подвижные воздействия от колес кранов;

— установить возможность изготовления подкрановых конструкций из прокатных элементов и добиться повышения их работоспособности;

— уточнить методику расчета рельсобалочных конструкций эллиптического профиля на выносливость;

— установить экономический эффект предлагаемых конструкций и сравнить их с существующими подкрановыми балками и • подкраново-подстропильными фермами.

Автор защищает:

— закономерности изменения условий образования трещин в зависимости от цикличности воздействий колес мостовых кранов на подкрановую конструкцию и предложен™ по расчету на выносливость;

— новый подход, позволяющий рационально распределить материал по сечению подкрановой конструкции;

— сортамент эллиптических трубчатых профилей;

— рельсобалочные конструкции, в которых рельс является усиливающим элементом сечения балки и составляет с ней единое целое;

— профиль сечения подкраново-подстропильной конструкции, не повреждаемый усталостными трещинами и обладающий амортизирующими свойствами;

— результаты экспериментальных исследований выносливости моделей рельсобалочных конструкций;

— способы повышения и восстановления работоспособности подкрановых конструкций.

Научную новизну работы составляют:

— сортамент эллиптических трубчатых профилей;

— рельсобалочные и подкраново-подстропильные конструкции, обладающие высокой выносливостью и пониженной материалоемкостью;

— экспериментальные линии влияния всех компонентов, полностью описывающих напряженное состояние рельсобалочной конструкции замкнутого сечения при имитации воздействий колес мостовых восьмиколесных кранов;

— способы повышения и восстановления работоспособности подкрановых конструкций.

Практическое значение днссертацнонной работы заключается в повышении долговечности подкрановой конструкции по сравнению с существующими в 10 и более раз, снижении материалоемкости, повышении технологичности изготовления, монтажа и ремонтопригодности, разработке оригинальных методов расчета предложенных конструкций.

Практическая значимость диссертационной работы возрастает в связи с тем, что предлагаемые конструкции значительно повышают выносливость с одно-

временным снижением материалоемкости до 25 %. Кроме этого предлагаются варианты рихтовок рельсовых путей и восстановления рабочего положения каркаса в цехах без остановки производственного процесса. Рихтовка выполняется механизировано, что ведет к снижению трудоемкости и значительно продлевает срок службы подкрановых конструкций.

Личный вклад соискателя. Приведенные в диссертационной работе результаты исследований получены соискателем самостоятельно. Личный вклад состоит в следующем:

— предложен новый подход, позволяющий рационально распределить материал по сечению подкрановой конструкции;

— экспериментальные исследования работы рельсобалочных конструкций замкнутого сечения при имитации воздействий мостовых четырехколесных кранов;

— статистическая обработка информации, полученной при проведении испытаний, и разработка сортамента эллиптических трубчатых профилей;

— систематизация и научный анализ полученных данных.

Внедрение результатов. Практическая реализация результатов осуществлена в рамках программы сотрудничества между Министерством образования и Федеральной службой специального строительства при разработке эффективных рельсовых конструкций для цехов черной и цветной металлургии с интенсивной эксплуатацией. По материалам работы осуществлена рихтовка подкрановых балок на предприятиях ОАО "Пензенская генерирующая компания" и ОАО "Пензкомпрессормаш"; предложенные профили использовались в работе ООО "Пензастройсервис" (экономический эффект составил 115,0 тыс. рублей); материалы работы используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении курса по металлическим конструкциям и спецсооружениям.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и представлены на научно-технических конференциях международного и регионального уровня в г. Пензе, 2002 — 2006 гг., а также опубликованы в центральной печати.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ.

Работа выполнена в рамках межвузовской научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограмма «Архитектура и строительство» в соответствии с НИР 3.1.19. «Развитие теории эффективных рельсовых конструкций для цехов черной и цветной металлургии при интенсивной эксплуатации» (шифр 67.11.35) под руководством д.т.н., профессора, засл. изобр. России К.К. Нежданова.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 108 наименований и 9 приложений. Полный объем диссертации 187 страниц, включая 9 таблиц, 68 рисунков.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Первая глава посвящается анализу выполненных исследований и работе существующих подкрановых конструкций.

Впервые мостовые краны появились во второй половине прошлого века с появлением электродвигателей постоянного тока (» 1870 г.). С появлением трехфазных электродвигателей (1890 г.) мостовые краны стали широко применяться, и быстро увеличилась их грузоподъемность.

От конструктивной формы балки в значительной степени зависят ее долговечность, надежность, простота изготовления и удобство обслуживания.

Созданием новых конструктивных форм подкрановых конструкций и рельсов занимались Довженко A.C., Москалев Н.С., Беленя Е.И., Стрелецкий Н.С., Горпинченко В.А., Ведяков И.И., Нежданов К.К., Кикин А.И., Сабуров А.Ф., Васюта Б.Н., Попченков И.В., Мысак В.В., Карев М.А. и другие исследователи.

Проблемой обеспечения совместной работы подкрановой балки и рельса занимался Нежданов К.К.. Им получен ряд конструкций, называемых рельсоба-лочными. За счет включения рельса в работу сечения подкрановой балки резко возрастает изгибная и крутильная жесткость конструкции в целом.

Придание конструкции замкнутого контура дает максимальное увеличение крутильной жесткости. Замена существующих конструкций на трубчатый профиль обеспечивает повышение момента инерции ее при кручении в 200 и более раз. Устойчивость цилиндрической поверхности также во много раз выше, чем пластины. Происходящее при этом снижение напряжений в местах их концентрации и в конструкции в целом, переводит балку в зону так называемой неограниченной выносливости, обеспечивая надежную работу в течение всего срока службы каркаса здания. Материалоемкость таких конструкций по сравнению со сварным двутавром ниже на 15 — 20 %.

В данной работе продолжены исследования по разработке рельсобалочных конструкций высокой выносливости, в которых рельс работает в составе сечения конструкции.

В действующих нормах балки рассчитывают на выносливость при 2-10б циклов нагружений, хотя усталостные трещины появляются при 4-106 и более циклов нагружений.

В цехах с интенсивным режимом эксплуатации в год накапливается по 700...800 тыс. циклов. Линия регрессии (рис. 1) продолжает опускаться вниз и принятая база расчета 2-106 является явно недостаточной и не отвечает фактической нагруженности балок.

Сравнивая значения ограничения предела выносливости по касательным напряжениям при 2-106 циклов нагружений (для прокатных балок равное 81,5 МПа и для сварных балок — 64,4 МПа), обнаруживаем уменьшение запаса выносливости. То есть, рассчитывая конструкцию при 2-106 циклов нагружений, мы ожидаем появление усталостных трещин при 4-106 и более циклов нагружений.

си 0.4 'и 0.6 (1.5 I ¿.3 1,6 2 2.6 3 А ),, р.;

Рис. 1. Линия регрессии

Повысить выносливость можно рядом основных мероприятий:

1) уменьшением локальных напряжений, амортизацией;

2) в конструкциях со значительной концентрацией напряжений:

- сглаживанием силового потока, переходя от конструкций с резкой концентрацией напряжений к конструкциям с более мягкой концентрацией;

- снижением концентрации напряжений в 3...4 раза, отводом силового потока от места острой концентрации.

3) в конструкциях, где концентрация напряжений мала, возможен переход с малоуглеродистой стали на сталь повышенной прочности.

Проведенный анализ классификации позволяет сформулировать ряд принципов конструирования подкрановых путей.

1. Усложнение конструкции должно сопровождаться оправданным увеличением ресурса (требование повышения идеальности).

2. Для облегчения условий работы элементов системы необходимо стремиться к созданию приспосабливаемых систем (требования повышения динамичности). При этом необходимо осуществлять выравнивание податливости элементов пути.

3. Стремиться к изготовлению равнонадежной, равновыносливой конструкции подкранового пути, а так же работать над созданием более ремонтопригодных и живучих основных элементов системы.

4. Значительное повышение ресурса верхней зоны стенки подкрановых балок достигается применением прокатных профилей и соединений на болтах и полых заклепках с замыкающим сердечником.

От конструктивной формы балки в значительной степени зависят ее долговечность, надежность, простота изготовления и удобство обслуживания.

Традиционная форма балки - сварной двутавр - имеет существенные недостатки, резко снижающие долговечность:

1. Поясной шов по нормам проектирования должен быть выполнен с разделом кромок и проваром на всю толщину стенки и с вогнутой поверхностью. В этом случае концентрация напряжений, возникающая в соединении

пояса со стенкой, минимальна. Но даже в этом случае в технических условиях в швах допускаются непровары, наплывы, подрезы, снижающие выносливость балок в несколько раз, так как эффективный коэффициент концентрации напряжений в этом случае возрастает до четырех единиц.

2. Вертикальные ребра жесткости приводят к снижению податливости в вертикальном направлении и создают дополнительные концентраторы напряжений.

3. В балках с интенсивным режимом работы 7К, 8К плотно приторцовывают ребра к верхнему поясу, не приваривая к нему, но это не дает ожидаемого эффекта. Остается чрезмерная концентрация напряжений у верхних концов сварных швов, достигающая четырех единиц и приводящая к преждевременному появлению усталостных трещин у вершин сварных швов ребер жесткости.

4. Недопустимо применяемое соединение опорного ребра с верхним поясом и стенкой. Пересечение трех сварных швов также приводит к чрезмерной концентрации напряжений.

5. Неудачная конструкция нахлесточного монтажного соединения тормозной балки с подкрановой потолочным сварным швом. Концентрация напряжений также достигает четырех единиц.

6. Значительна Трудоемкость изготовления, так как швы ребер жесткости накладываются вручную.

Отмеченные выше недостатки приводят к возникновению в балках усталостных трещин.

Необходимо отказываться от ручной сварки. Эффективным является более широкое применение болтов с гарантированным натягом и заклепок с внедряемым сердечником.

Основная тенденция разрабатываемых конструкций — снижение местных напряжений в верхней части балки. Для этого создаются замкнутые сечения, имеющие цель повысить жесткость на кручение. Значительное повышение ресурса верхней зоны стенки балок достигается применением прокатных и гнутых профилей, соединений на болтах с гарантированным натягом. Можно идти двумя путями: повышать крутильную жесткость верхней части балки или всего сечения в целом.

Во второй главе рассмотрена эллиптическая в сечении подкрановая конструкции, обладающая амортизирующими свойствами и большими моментами инерции при изгибе и кручении. Разработан сортамент эффективных эллиптических профилей.

Очевидно, что замкнутые трубчатые профили гораздо более эффективны по сравнению с открытыми профилями. Большой эффект виден при работе конструкции на кручение. Момент инерции на кручение у конструкций с замкнутым профилем в 1550 раз превосходит соответствующий параметр у аналогичных конструкций с открытым профилем, материалоемкость новых конструкций уменьшается на 15-20 %.

Деформируя любой трубчатый профиль в эллиптическое сечение, мы можем значительно повысить прочность трубы на изгиб.

Эллиптический трубчатый (рис. 2) профиль может быть получен непосредственно при прокате трубы, установкой клети для дополнительного обжатия трубы и получения эллиптического профиля.

Покажем, при каком соотношении внешних габаритов нового профиля момент сопротивления Шх достигнет максимума.

А - площадь поперечного сечения трубы; ? - толщина стенки трубы; а, Ь - расстояния от центра тяжести эллиптического профиля до середины толщины стенки;

2а + г- внешний габарит эллиптического профиля по оси X.

Введем коэффициент п = —, тогда Ъ — — .

Ь п

В соответствии с введенным коэффициентом габарит эллиптического профиля: 2 а

— + * - внешний габарит эллиптического про-Рис. 2. Эллиптический п

трубчатый профиль Ф™ п0 оси У-

Аналогичным образом записываем размеры полости:

2а-1 - максимальный габарит полости;

2а ,

--< - минимальный габарит полости.

п

Площадь поперечного сечения эллипса: /

А = я-/-

а + -

я + 2) Г 2)'(и 2

тогда А = п-а'1-\\ + —\.

п>

Момент инерции относительно оси X:

л-а-1 4

I.\з-а2+-п I 4 ) 4

Момент сопротивления по средней линии относительно оси X:

Г

IV =

Л

1Гг =

П-1

с1п\п ) п \п )

йп ~ 4

Получим уравнение третьей степени, показывающее, при каком значении п момент сопротивления 11\х достигает максимальной величины

Решая это уравнение, для тонкостенных профилей получаем максимум момента сопротивления IVх при значении п = 3.

Эллиптический трубчатый профиль может быть получен при прокате трубы. Для таких конструкций автором разработан сортамент эффективных эллиптических профилей.

При одинаковой материалоемкости момент сопротивления относительно оси X на 14,5 % больше, чем у двутавра Момент инерции нового профиля в 2 раза больше, чем у двутавра, а момент инерции на кручение нового профиля в 200 раз больше чем у двутавра.

Особенность профилей — отсутствие концентраторов напряжений и амортизирующая способность профиля за счет своей формы сечения.

Из этого следует, что эллиптические трубчатые профили найдут широкое применение при замене решетчатых конструкций промышленных и гражданских зданий.

Разработаны конструктивные решения рельсобалочных конструкций трубчатого сечения, позволяющие значительно повысить долговечность и снизить их материалоемкость.

Такие конструкции могут быть смонтированы в средних рядах колонн мартеновского цеха и при косых железнодорожных въездах.

Повысить выносливость подкрановых конструкций можно путем изменения конструкции рельсов и формы сечения повреждаемой зоны подкрановых балок. В этой зоне сосредоточены недопустимо высокие (до четырех единиц) концентраторы напряжений от пересечения трех швов у верхнего конца опорного ребра в поясном шве при непроварах и у верхних концов швов промежуточных ребер. Известно, что трубчатые подкрановые конструкции отлично работают при динамических подвижных нагрузках и имеются патенты на трубчатые подкрановые конструкции и на специальные рельсы для них.

Рельсобалочная конструкция выполнена трубчатой и имеет замкнутый контур сечения, очерченный по эллипсу или параболе (рис. 3). Концентрация напряжений в узлах и сопряжениях минимальна, то есть около единицы.

На подкрановой балке 2 размещены сверху и снизу арочные трехглавые рельсы 3. На центральную главу рельса передаются воздействия силы Р от основных колес 4 крана, а на одну из боковых глав передаются горизонтальные подвижные силы Т от направляющих роликов 5 крана.

Арочные трехглавые рельсы находятся в самых напряженных зонах сечения при изгибе подкрановой балки 2 в вертикальной плоскости. Эти рельсы 3 соединены с подкрановой балкой 1 посредством шпилек-затяжек 6.

Два параллельных рельсобалочных блока конструкции 1 соединены в единый рельсобалочный блок посредством тормозных листов 9 с продольными

гофрами. Тормозные листы 9 соединены с подкрановой балкой 2 посредством заклепок с замыкающим сердечником в каждой.

Пара рельсобалочных конструкций симметрична и сбалансирована относительно осей Хи У.

Наиболее неблагоприятным загружением для пары рельсобалочных конструкций является симметричное за-гружение.

При загружении этой пары "х четырьмя кранами учитывается, в соответствии с действующими нормами, коэффициент сочетаний равный для интенсивного тяжелого режи-

Рис. 3. Рельсобалочный блок конструкций ма Работы V = 0,8 и для остальных кранов \|/ = 0,7.

Следует отметить, что в данной конструкции невыгодным является загру-жение от четырех кранов, а не одностороннее загружения от двух кранов. Следовательно, объединение конструкций позволяет экономить до 30% металла.

Несимметричное (одностороннее) загружение для новой конструкции не опасно, так как момент инерции при кручении рельсобаггочного блока велик, поэтому приложение 50 % нагрузки (от двух кранов) с эксцентриситетом для конструкции не ощутимо.

Экономический эффект достигнут из-за следующего:

— уменьшена материалоемкость пары рельсобалочных конструкций на 20...30 % по сравнению с материалоемкостью единичной рельсобалочной конструкции;

— работа пары рельсобалочных конструкций переведена в зону так называемой "неограниченной долговечности" и появление усталостных трещин в качественном материале подкрановых балок без дефектов и повреждений невозможно в течение всего срока эксплуатации, то есть 40...50 лет.

В третьей главе предложены подкраново-подстропильные конструкции, предназначенные для модернизации существующих подкраново-подстропильных ферм и методика расчета новой подкраново-подстропильной конструкции овального сечения.

Наиболее повреждаемым элементом подкраново-подстропильной фермы (ППФ) является нижний коробчатый пояс, воспринимающий в первую очередь подвижные локальные сосредоточенные воздействия от колес крана Р ,Т, Л/кр.

Нижний пояс ППФ работает в системе ППФ как многопролетная неразрезная балка.

Шаг узлов фермы обычно равен 12 м. То есть при движении мостовых кранов кроме волновых прокатывающихся локальных воздействий Р, Т, Л-/Кр,

также возникают переменные изгибающие моменты от изгиба нижнего пояса. Однако эти моменты имеют меньшую частоту возникновения, чем а'°с и .

Тем не менее, эти моменты осложняют напряженное состояние в подрельсовой зоне нижнего пояса и способствуют возникновению усталостных трещин в зонах высокой концентрации напряжений. Кроме этого нижний пояс ППФ растянут, что также осложняет напряженное состояние последней.

Подкраново-подстропильная конструкция (рис. 4) содержит верхний пояс 1 из трубы, пару симметричных относительно вертикальной оси У стенок-подвесок 2, выполненных из профильных листов, с рёбрами 3.

Сопоставление разработанной подкрановой конструкции с подкраново-подстропильной фермой показывает следующие отличия, а именно:

— решётчатая конструкция заменена сплошной — более надёжной;

- исключены сварные соединения, всегда имеющие скрытые дефекты и при действии динамических нагрузок способствующие возникновению усталостных трещин, так как эффективные. коэффициенты концентрации напряжений у сварных -соединений в 4...5 раз выше, чем у болтовых соединений;

— подкраново-подстропильные балки обладают амортизирующей способностью за счёт трубчатого профиля поясов и арочного профиля рельсов;

— все соединения быстроразъёмные, поэтому достигнута высокая ремонтопригодность и заменяемость повреждённых элементов.

При нахождении основного колеса краиа над затяжкой усилие в ней возрастает, и трение между контактирующими поверхностями также возрастает.

Нижний трёхглавый арочный рельс необходим для увеличения прочности нижнего пояса конструкции.

Нижний пояс состоит из пары эллиптических труб, упрочненных в наиболее напряжённых зонах трёхглавыми рельсами и симметричных относительно вертикальной оси У. Таким образом, все сечение состоит из пяти трубчатых отсеков, а именно: верхнего пояса 1; отсека, ограниченного парой стенок-подвесок 2, верхним поясом 1 и швеллерным элементом 10; отсека, ограниченного парой стенок-подвесок 2, швеллерным элементом 10 и нижним швеллерным элементом; двух отсеков, образованных парой эллиптических профилей 5.

Экономический эффект достигнут в результате следующего:

— нижний пояс подкраново-подстропильной конструкции выполнен из

I

пары рельсобалочных конструкций, каждая из которых состоит из эллиптической подкрановой балки и арочных рельсов вверху и внизу;

- работа конструкции переведена в зону так называемой "неограниченной долговечности" и этим обеспечена надёжная её работа в течение 40...50 лет интенсивной эксплуатации;

- материалоёмкость конструкции снижена по сравнению с подкраново-подстропильной фермой на 20...30 %.

Габариты данной балочной конструкции во многом зависят от габаритов кранов (т.е. от их высоты). Для экономии материала очень важно уменьшить высоту крана, так как оптимальная высота подкраново-подстропильной конструкции значительно меньше применяемой

Расчетами выявлена эффективность балок данной конструкции по сравнению с балками двутаврового сечения. Увеличился момент инерции кручения более чем в 500 раз. Повышение долговечности достигнуто рациональной формой конструкции, в которой эффективные коэффициенты концентрации напряжений близки к единице, а удары смягчены амортизацией конструкции.

Надежная, безотказная работа подкрановых конструкций с интенсивным, тяжелым (8К, 7К) режимом работы кранов в течение 25...30 лет возможна при выполнении следующих конструктивных требований:

- при расчете подкрановых балок и их креплений на выносливость следует учитывать данные табл. 32* (СНиП Н-23-81 . Стальные конструкции). Эта таблица показывает неэффективность (отрицательный эффект) от применения для сварных подкрановых балок и их узлов сталей с временным сопротивлением более Яип > 420 МПа. То есть, для этих конструкций следует применять малоуглеродистую сталь спокойной плавки с /?„„ < 420 МПа;

- при конструировании подкрановой балки и узлов ее сопряжения с тормозной балкой и колонной следует применять соединения с минимальной концентрацией напряжений, такие как: шпильки и болты с гарантированным натягом; полые заклепки с внедренным сердечником в каждую;

- соединения подкрановых балок с колоннами должны выполняться разъемными на шпильках или болтах и обеспечивать возможность рихтовки подкрановых конструкций, как по вертикали, так и по горизонтали и замены креплений.

- подкрановые балки смежных пролетов следует объединять в единое коробчатое сечение и этим повышать надежность и снижать материалоемкость на 15... 20%;

- для значительного повышения долговечности и снижения материалоемкости должны применяться специальные крановые рельсы, работающие в составе сечения подкрановой конструкции как единое целое.

Четвертая глава посвящена усталостным испытаниям рельсобалочной конструкции.

Для испытаний были изготовлены две разрезные рельсобалочные конструкции Б-1 (рис. 5) из малоуглеродистой стали ВСт 3 сп 5 ГОСТ 27772-88 длиной Зм.

Гибочные и сварные работы выполнялись на заводе «ХИММАШ» г. Пенза, согласно СНиП. Модель рельса пришлось выполнить сварным, так как новые арочные рельсы пока не прокатываются.

Сварка выполнялась полуавтоматом постоянного тока А-573 в среде углекислого газа с содержанием углекислоты 98%, проволокой СВ-08-2Г2С диаметром 1,6 мм при подаче её со скоростью 453 мм/мин и напряжении 32...35 В. Сварка осуществлялась в указанном режиме дипломированным сварщиком.

Рельсобалочная конструкция, коробчатая в сечении состоит из верхнего и нижнего арочных поясов и коробчатой стенки, соединение поясов и стенки выполнено с Рис. 5. Сечение рельсобапочной гарантированном натягом при помощи конструкции болтов, поэтому сдвиги исключены.

Для измерения напряжений и деформаций в испытываемых конструкциях использовались тензорезисторы сопротивлением 101,7 Ом, базой 5 мм и коэффициентом усиления 5 = 1,98. Для снятия показаний применялся ЦТК-1 с автоматическим стопозиционным переключателем АП-3.

По полученным упругим деформациям ех, с,,, е45= с помощью известных формул, были получены все компоненты напряжений в интересующих нас точках конструкции. Обработка экспериментальных данных выполнялась на ПК по специально разработанной программе. По полученным данным построены линии влияния напряжений в исследуемых зонах стенки испытываемой конструкции (рис. 8).

Из полученных линий влияния напряжений видно, что по мере приближения колеса крана к сечению с наклеенной розеткой все напряжения возрастают и достигают экстремума при нахождении колеса над розеткой, при дальнейшем движении напряжения уменьшаются.

В сварном шве, соединяющем шестигранник и половинку гнутого элемента в арочном рельсе, прошедшем усталостные испытания, трещины образовались после прохождения 960 тыс. циклов нагружений. Данные разрушения прогнозировались, так как при анализе работ других авторов было выявлено, что сварное соединение при динамических нагрузках разрушается быстрее, чем соединение на болтах или прокатное сечение. Но применение сварки было вызвано невозможностью изготовления в лабораторных условиях прокатного рельса эллиптического или параболического профиля. Длина трещины составляла 40 мм.

По мере дальнейшего накопления циклов нагружений трещина быстро развивалась.

После прохождения рельсобалочными конструкциями 1220 тыс. циклов длина трещины составила 250 мм, появились ответвления, заходящие на поло-

винку гнутого элемента рельса. Кроме того, возникли усталостные трещины и в других сварных соединениях шестигранника с гнутым элементом в арочном рельсе. Износ шестигранника достигал 4-5 мм, появилась усталостная трещина в арочном рельсе, поэтому из-за угрозы возникновения аварийной ситуации испытания были остановлены после прохождения рельсобалочными конструкциями 1400 тыс. циклов нагружений. Был произведен ремонт моделей испытываемых конструкций. Были заварены трещины, произведен осмотр других соединений испытываемых моделей, произведена замена болтов подверженных усталостным разрушениям. После чего испытания были продолжены.

В результате работы моделей испытываемых рельсобалочных конструкций после набора 1878 тыс. циклов нагружений в сварном шве, соединяющем шестигранник и половинку арочного рельса, вновь образовались усталостные трещины. По мере дальнейшего испытания трещины быстро развивалась, как и до ремонта. После прохождения 2860 тыс. циклов длина трещины составила 550 мм. Было принято решение остановить эксперимент из-за угрозы возникновения аварийной ситуации. Трещины в стенках испытываемых конструкций не возникли. Все разрушения происходили в зонах сварного шва, из-за высокой концентрации напряжений, как и предполагалось.

В арочном рельсе нагрузка от колёс мостового крана разделилась на две составляющие, напряжения в данном сечении существенно ниже, чем у обычной двутавровой балки.

В розетке Р—1 у сварного шва, соединяющего шестигранник с половинками стенок рельса, со стороны эксцентриситета (рис. 6) преобладает сжатие. Значения напряжений за счёт амортизации верхнего пояса и рельса меньше предела выносливости для прокатного профиля, Т2т11Х= 61,4 МПа <ЯУ= 64,4 МПа (рис. 8).

Напряжения с противоположной стороны в розетке Р-4 составили, т2 тах = = 16,7 МПа <ЯУ= 64,4 МПа.

В розетке Р-2 у низа стенки рельса со стороны эксцентриситета, преобладает сжатие. Значения напряжений меньше предела выносливости для прокатного профиля т2 тах = 54,6 МПа <ЛУ = 95,7 МПа.

Напряжения с противоположной стороны в розетке Р—5 составили т2 та< = = 49,4 МПа.

Розетки Р-3 и Р-6 наклеены на стенке у верхнего пояса. Напряжения в ро-

Рис. б. Расположение тензорезисторов в розетках

зетке Р—3 значительно меньше, чем в двутавровой балке, поэтому и появление усталостных трещин невозможно, т2 тах = 50,7 МПа < Л„ = 95,7 МПа.

Напряжения с противоположной стороны в розетке Р-6 составили т2 тах = = 45,8 МПа < Яу = 95,7 МПа.

Результаты испытаний нанесены на линию регрессии, связывающую максимальные касательные напряжения и число циклов нагружения до появления видимой трещины, рис. 1 (испытанная модель рельсобалочной конструкции — БК). На линии регрессии видно, что даже сварная коробчатая рельсобалочная конструкция набрала большее количество циклов нагружения, чем применяемые сварные балки. При применении прокатного рельса из высокопрочной стали, рельсобалочная конструкция смогла бы работать гораздо большее время, вплоть до зоны "неограниченной работоспособности".

Усталостные трещины в рельсе должны были возникнуть, так как действующие напряжения, т2 тах = 61,4 МПа близки к пределу выносливости сварного соединения (рис. 7).

Рис. 7. Разрушение в рельсе испытанной модели:

1 - трещина по сварному

шву конструкции;

2 — переход трещины со сварного соединения на

боковую грань рельса;

3 — износ шестигранника

Р-1 (Верх рельса)

I -1°

► <Т|

► сг2 ►Т2-

Рис. 8. Экспериментальные линии влияния напряжений 16

В пятой главе рассмотрены пути повышения технологичности и восстановления работоспособности подкрановых конструкций и вопросы экономии денежных средств при их производстве.

В зданиях, построенных на просадочных грунтах или на подрабатываемых территориях, часто возникают неравномерные осадки колонн и фундаментов под них, нарушающих нормальную безопасную эксплуатацию. Особенно неблагоприятны такие осадки в промышленных зданиях, оборудованных мостовыми кранами. В этом случае нарушается прямолинейность подкрановых путей, не обеспечиваются минимальные зазоры между кранами и фермами и между кранами и колоннами.

Рельсы устанавливают соосно с минимальным эксцентриситетом, а рихтовка осуществляется за счет смещения самих балок. Такую рихтовку невозможно выполнить на производстве при помощи стреловых кранов из-за размещенного внутри цеха оборудования.

Предлагаем способ рихтовки каркаса здания фундаментами - макрорегуляторами. Пространственное положение фундамента регулируется посредством истечения из сопел фундамента рабочего тела, сообщающего фундаменту направленное движение. Вдавливание рабочего тела в сопла осуществляется домкратами возвратно-поступательного действия. Фундаменты возводятся обычным образом, и производится предварительная стабилизация грунтового основания под фундаменты и регулирование их осадки и крена. Эти работы сопровождаются контролем осадки и крена каждого из фундаментов по отношению к неподвижным стационарным реперам.

Данный способ рихтовки имеет ряд преимуществ над существующими методами, а именно: происходит снижение трудоемкости за счет механизации процесса рихтовки, а главное рихтовка происходит без остановки производственного процесса.

Экономический эффект от применения фундамента, выполняющего функцию макрорегулятора, возник из-за:

— полной механизации процесса восстановления проектного положения подкрановых путей и отметки фундамента, устранения крена, возникшего при неравномерной осадке здания;

— обеспечения работы фундамента, как макрорегулятора, для регулирования осадки и крена фундамента и управления посредством этого напряженным состоянием сооружения;

— уменьшения расхода материала при строительстве на просадочных грунтах, так как не требуется заранее устраивать мощные материалоемкие фундаменты;

— фундаменты будут выполнены со значительным снижением материалоемкости, а стабильность напряженного состояния сооружения будет поддерживаться периодической регулировкой осадки и крена фундаментов.

В этой же главе предложены узлы соединения рельса с подкрановой конструкцией, позволяющие повысить работоспособности и улучшить ремонтопригодность (рис. 9). Данное крепление позволяет широко применять трубчатые подкрановые конструкции с надежным креплением рельсов к ним.

±У

Рис. 9. Соединение рельса с подкраново-подстропильной конструкции

При использовании таких соединений происходит повышение надежности узла соединения рельсов с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки и снижение трудоемкости монтажа и демонтажа рельсов при последующей замене.

Данное соединение рельсов с трубчатым поясом подкраново-подстропильной конструкции, состоит из рельсов, подрельсовой подкладки и клемм. Для увеличения коэффициента трения рельсы 1 и Г-образные клеммы 4 обрабатываются дробеструйным способом.

Таким образом, фрикционные соединение пары рельсов 1 с подрельсовой подкладкой 2 исключает продольное проскальзывание рельсов и обеспечивает работу пары рельсов 1 и подрельсовой подкладки 2 как единого целого.

В результате такой конструкции получен составной рельс, имеющий сменную истираемую во время работы часть, состоящую из пары стандартных рельсов 1, и остающуюся незаменяемую подрельсовую подкладку 2.

В свою очередь подрельсовая подкладка 2 надежно соединена с трубчатым поясом подкраново-подстропильной конструкции полыми заклепками 6 с внедряемым в каждую сердечником или посредством высокопрочных болтов или шпилек с гарантированным натягом.

Следовательно, пара рельсов 1 и подрельсовая подкладка 2 работают в составе сечения трубчатого пояса подкраново-подстропильной конструкции как единое целое и этим обеспечивают снижение материалоемкости на 10 ... 15 %.

Была разработана стальная демпфирующая подрельсовая прокладка, обладающая такой же податливостью, как резинометаллическая, но значительно большей долговечностью.

В узле упругого соединения рельса с подкрановой балкой, между рельсом и подкрановой балкой размещена демпфирующая подрельсовая прокладка. Она выполнена с несколькими продольными гофрами и располагается непрерывно по всей длине рельса. Ширина демпфирующей подрельсовой прокладки на 5... 10% меньше ширины верхнего пояса подкрановой балки, а верхний пояс меньше внутреннего расстояния между боковыми гранями рельса.

Экономический эффект достигнут из-за повышения долговечности демпфирующей подрельсовой прокладки, так как в ней отсутствует быстро изнашивающаяся и стареющая резина.

Помимо этого необходимо отметить само сечение подкрановой конструкции с пониженной тормозной балкой. Данные изменения положительно сказываются на работе подкрановой балки, так как изменение верхнего пояса увеличивает момент на кручение, который могла бы воспринимать конструкция, а применение пониженной тормозной балки ведет к экономии материала.

В конверторных, мартеновских и кузнечно-прессовальных цехах не редки случаи схода мостового крана с рельсов. Падение же мостового крана на мартеновскую печь или конвертор может привести к разливу жидкой стали и обрушению всего цеха. Существующие краны имеют большие габариты, что каким-то образом защищает их от перекоса, но существующая цикличность нагрузок от крана на балку недопустима, так как балка воспринимает отдельное импульсное воздействие от каждого колеса. Поэтому уменьшение массы крана и снижение числа циклов нагружения актуально.

Предложен мостовой кран, снабженный амортизаторами, существенно повышающий выносливость и долговечность как крановых, так и подкрановых конструкций. При применении данного мостового крана исключается сход крана с рельсов, уменьшается высота и масса крана примерно в два раза. Наклонные колёса балансирных тележек посажены на ось и находятся на равном минимальном друг от друга расстоянии, поэтому их локальные воздействие от множества колёс подкрановая балка воспринимает, как один цикл и число циклов нагружения уменьшается в 8... 16 раз.

На рис. 10 показана многоколёсная тележка крана, образованная из нескольких тележек, на рис. 11 — узел соприкосновения колеса крана с рельсом.

Многоколёсная тележка 1 содержит несколько балансирных тележек 2. Каждая балансирная тележка 2 содержит две пары симметричных, наклонных, относительно вертикальной оси ходовых колёс 3, которые взаимно перпендикулярны и наклонены к вертикали под углом 45°. У

Каждое ходовое колёсо 3 наклонной пары колес имеет внешний гребень безопасности 4, причем наклонные колёса взаимодействуют с арочным в сечении

,, рельсом 5.

Рис. 10. Многоколёсная тележка крана

Две шейки арочного рельса образуют арку с четырёхгранной главой 6 в её замке. Арочный в сечении рельс 5 имеет пяты 7, которые соединены заклёпками с внедряемым сердечником 8 с подкрановой конструкцией 9 и с тормозной балкой 10.

Подшипники качения 12 впрессованы в колёса 5. Упомянутая тележка 2 имеет независимую подвеску и снабжена вертикально 13 и наклонно 14 ориентированными рессорами.

Рессоры 13 и 14 одновременно выполняют функции упругих шарниров с ограниченным углом поворота. Рессоры 13 и 14 зафиксированы на раме 11 посредством штампованных стаканов 15 соединенных с рамой 11 заклепками с внедряемым сердечником.

Несколько балансирных тележек 2, упруго соединённых с непрерывной концевой балкой 16 многоколёсного крана рессорами 13 и 14, образуют много-

колёсную тележку 1 крана. Балансирные тележки 2, неразъёмные с арочным рельсом 5, находятся на минимальном расстоянии друг от друга, поэтому расстояния между парами колёс одинаково.

Рамы 11 соединены друг с другом рессорами 13, 14, тягами 17 и амортизаторами 18.

Экономический эффект возник из-за следующего:

- снижение расхода электроэнергии за счет уменьшения сопротивления продольному движению колес крана по поверхности рельса;

- наклонные колёса балансирных тележек посажены на ось и находятся на равном минимальном друг от друга расстоянии, поэтому их локальные воздействие от множества колёс подкрановая балка воспринимает, как один цикл и число циклов нагружения мостового крана и подкрановых конструкций уменьшено в 8...16 раз;

- динамические воздействия мостового крана на подкрановые конструкции уменьшены за счет применения рессор; поэтому высота крана уменьшена на

30...40 %, и соответственно возможно уменьшение высоты цеха.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Разработаны стальные подкрановые конструкции, обеспечивающие интенсивную эксплуатацию в течение 25...30 лет. Это достигнуто за счет применения новой формы подкрановой конструкции - трубчатой, обладающей амортизирующими свойствами и большими (по сравнению с двутаврами) моментами сопротивления при изгибе и кручении. Применение эллиптического профиля позволяет убрать верхний поясной сварной шов от места приложения динамических воздействий, возникающих от колес крана, что уменьшает концентраторы напряжения в верхней зоне, сводя их к единице.

2. Конструктивная форма подкрановых балок является основным фактором, влияющим на их выносливость и долговечность. Разработанные аналитические зависимости позволили повысить момент сопротивления эллиптических трубчатых профилей до своего максимума. На основании полученных зависимостей составлен сортамент эллиптических труб.

3. Реализована идея совместной работы двух параллельных подкрановых конструкций по средним рядам колонн и доказана эффективность их совместной работы, получены аналитические зависимости для параллельных рельсо-

Рис. 11. Узел соприкосновения колеса крана с рельсом

— концевая балка непрерывна,

вых путей, позволяющие значительно повысить долговечность конструкций с одновременным понижением материалоемкости на 20...25 процентов.

4. Проведены усталостные испытания моделей замкнутых подкрановых конструкций на стенде, имитирующем все подвижные воздействия от кранов (Р, Т, А/кр). Усталостные испытания подтвердили, что коробчатые подкрановые конструкции обладают высокой выносливостью и работоспособностью. В самой подкрановой конструкции в зоне болтовых соединений усталостные трещины при наборе 2,86 миллионов циклов нагружений не возникли.

5. Внедрены новые способы и технология восстановления проектного положения подкрановой конструкции посредством легких монтажных домкратов без применения кранового оборудования. Эти способы повысили долговечность и ремонтопригодность. Одновременно наблюдается значительная экономия за счет выполнения работ без остановки технологического процесса и механизации процесса рихтовки.

6. Величина и зона действия локальных напряжений, возникающих от прохождения каждого из колес крана, зависит не только от мощности рельса и формы профиля верхней части балки, но и конструкции стальной продольно гофрированной подрельсовой подкладки, позволяющей надежно и быстро объединить рельс и балку в единое целое. Ее применение позволяет снизить локальные напряжения и повысить выносливость подрельсовой зоны подкрановой балки.

7. Конструктивная схема мостовых кранов не учитывает специфику работы подкрановых конструкций производственных зданий. На основе анализа степени влияния геометрических характеристик кранов на работу подкрановой конструкции разработана конструкция колес крана и индивидуальная подвеска колеса к раме мостового крана, что позволяет исключить возможность схода крана с рельсов, уменьшить износ колес и рельсов, повысить долговечность и надежность, как крана, так и подкрановых конструкций. Число циклов нагру-жения от колес кранов уменьшено в 8 ... 16 раз из-за слияния локальных воздействий от колес на балку, также снижена масса и высота крана за счет применения новой конструкции балансирных тележек крана.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:

1. Кузьмишкин A.A. Подкраново-подстропильиые конструкции //Сборник статей IV Международной научно-практической конференции: «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах». ПГУАС, Пенза, 2005.

2. Кузьмишкин A.A. Применение макрорегуляторов в строительстве и при реконструкции //Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Вопросы теории и практики в Российской правовой науке». ПГПУ, Пенза, 2005.

3. Кузьмишкин A.A. Рекомендации по проектированию и повышению работоспособности подкрановых конструкций //Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Вопросы теории и практики в Российской правовой науке». ПГПУ, Пенза, 2005.

4. Кузьмишкин A.A. Стендовые испытания коробчатых конструкций //Сборник статей V Международной научно-практической конференции: «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах». ПГУАС, Пенза, 2006.

5. Нежданов К.К. Кузьмишкин A.A. Рубликов С.Г. Новые эффективные профили. Известия вузов, «Строительство», № 10, 2005.

6. Нежданов К.К. Кузьмишкин A.A. Рубликов С.Г. Эффективный прокатный профиль. Известия вузов, «Строительство», № 1, 2006.

7. Нежданов К.К., Карев М.А., Кузьмишкин A.A., Рубликов С.Г. Решение проблемы выносливости подкрановых конструкций с использованием рельсо-балочных профилей //Сборник статей IV Международной научно — практической конференции: «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах». ПГУАС, Пенза, 2005.

8. Нежданов К.К., Кузьмишкин A.A. Сортамент эллиптических профилей. Информационный листок № 501-06. Пензенский ЦНТИ, 2006.

Кузьмишкин Алексей Александрович

ВЫНОСЛИВОСТЬ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ПРИ ТЯЖЕЛОМ РЕЖИМЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЙ

Специальность 05.23.01 - Строительные конструкции, здания и сооружения

Автореферат

Лицензия ЛР № 020454 от 25.04.97

Подписано к печати 05.05.2005 Формат 60x84 1/16

Бумага офсетная №2. Печать офсетная. Объем 1 усл. печ. л. Тираж 100 экз. Заказ № 70. Бесплатно

Издательство Пензенского государственного университета архитектуры и строительства

Отпечатано в цехе оперативной полиграфии ПГУАС

440028, г. Пенза, ул. Г. Титова, 28

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ

ДОЛГОВЕЧНОСТИ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

1.1. Усталостные разрушения в подкрановых конструкциях.

1.2. Анализ конструктивных форм нижнего пояса подкраново-подстропильных ферм с учетом их долговечности. ф 1.2.1. Схемы подкрановых конструкций и сечения элементов.

1.3. Особенности работы подкраново-подстропильных ферм.

1.4. Пути повышения долговечности нижнего пояса подкраново-подстропильных конструкций

1.5. Тенденции развития подкрановых конструкций.

1.6. Цель и задачи исследования.

Глава 2. ПОВЫШЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ И РАБОТОСПОСОБНОСТИ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЗА СЧЕТ ПЕРЕХОДА К РЕЛЬСОБАЛОЧНЫМ КОНСТРУКЦИЯМ

2.1. Рельсобалочная конструкция с двумя арочными трехглавыми рельсами.

2.1.1. Особенности методики расчета рельсобалочной конструкции.

2.2. Сортамент эффективных эллиптических профилей

2.3. Трубчатые, овальные в сечении рельсобалочные конструкции для среднего ряда колонн.

2.3.1. Рельсобалочная конструкция трубчатого составного сечения.

2.3.2. Рельсобалочный блок конструкций.

Выводы по главе 2.

Глава 3. ПОДКРАНОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ДЛЯ ПРОЛЕТОВ

30. 36м.

3.1. Особенности подкрановых конструкций, перекрывающих пролеты до 30. .36 м.

3.2. Подкраново-подстропильные фермы и их недостатки.

3.2.1. Характерные усталостные трещины в подкрановоподстропильных фермах.

3.3. Моделирование силового сопротивления подкрановой конструкции подвижными воздействиями, бегущими вслед за колесами кранов.

3.3.1. Методика расчета подкраново-подстропильной конструкции овальной в сечении.

3.4. Подкраново-подстропильная балка с нижним поясом из симметричной пары рельсобалочных конструкций.

3.5. Повышение выносливости подкрановых конструкций.

Выводы по главе 3.

Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПОДКРАНОВОЙ КОНСТРУКЦИИ ОТ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПОДВИЖНЫХ СОСРЕДОТОЧЕННЫХ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ И ВЕРТИКАЛЬНОЙ СИЛ И КРУТЯЩИХ МОМЕНТОВ.

4.1. Цель и задачи экспериментального исследования.

4.2. Стенд для испытаний рельсобалочной конструкции на выносливость.

4.3. Экспериментальные модели рельсобалочных конструкций

4.4. Испытание рельсобалочных конструкций на выносливость . 86 4.4.1. Методика испытаний рельсобалочных конструкций на выносливость.

4.4.2. Результаты испытаний рельсобалочной конструкции на выносливость.

Выводы по главе 4.

Глава 5. ЭФФЕКТИВНЫЕ СПОСОБЫ ВОССТАНОВЛЕНИЯ ПРОЕКТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ И ПОВЫШЕНИЯ

ВЫНОСЛИВОСТИ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ.

5.1. Увеличение работоспособности за счет рихтовки. ф 5.1.1. Рихтовка разрезных подкрановых балок.

5.1.2. Рихтовка каркаса здания при помощи фундамента макрорегулятора.

5.2. Соединение рельсов с трубчатым поясом подкрановоподстропильной балки.

5.3. Узел упругого соединения трехглавого рельса с подкрановой балкой.

5.4. Мостовые краны.

5.5. Управление динамическими воздействиями посредством изменения конструкции кранов.

5.6. Основы экономики стальных подкрановых конструкций 128 5.6.1. Мероприятия по снижению стоимости стальных подкрановых конструкций.

Выводы по главе 5.

Рост экономики и ужесточение требований по безопасности производственного процесса, а также надежности и экономичности конструкций каркаса неразрывно связано с техническим перевооружением действующих промышленных предприятий.

Наиболее остро эта проблема стоит в таких отраслях, как черная и цветная металлургия, где сконцентрирована почти треть всего фонда эксплуатируемых строительных металлоконструкций (32,7%) [101].

Проблема усложняется еще и тем, что техническое перевооружение предприятий, приводящее к увеличению выпуска продукции, как правило, вызывает ужесточение режима работы кранов и повышению их грузоподъемности. Результатом этого будет снижение долговечности подкрановых конструкций. Долговечность подкрановых конструкций во много раз ниже, чем других элементов каркаса здания и не превышает 5-10 лет. В цехах с тяжелым режимом работы кранов (8К, 7К) усталостные трещины могут возникнуть через 1-3 года эксплуатации (0,7.0,8 млн. циклов). На Череповецком металлургическом комбинате балки ремонтируют практически каждый год [88]. Масса подкрановых конструкций от массы каркаса на металлургических комбинатах достигает 30%. Ремонт и замена рельсовых путей и балок требуют полной или частичной остановки производственного процесса. За каждый день простоя предприятие терпит убытки, во много раз превышающие затраты на ремонт и замену подкрановых конструкций.

Разрушения в подкрановых балках возникают от усталости. Усталостное разрушение происходит вследствие накопления числа дислокаций при каждом цикле загружении и концентрации их около стыков зерен с последующим скоплением в большие группы, что способствует разрыхлению металла в этом месте и, наконец, образованию трещины усталости, которая, развиваясь, приводит к разрыву. При каждом цикле длина трещины в поврежденном месте увеличивается.

Усталостные разрушения вызывают подвижные, циклические воздействия от колес крана. Выносливость зависит от числа циклов и величины воздействий Р, Т и Мкр от мостовых кранов.

Проблема усталостных повреждений подкрановых конструкций возникла более 30 лет, но сразу привлекла внимание ученых из-за материальных потерь, которые несут предприятия [53]. За это время было высказано большое количество предложений и рекомендованы различные способы увеличения ресурса подкрановых балок.

С увеличением интенсивности эксплуатации и с переходом к сварным балкам в зоне верхние поясных швов стали появляться усталостные трещины, нарушающие нормальную безопасную эксплуатацию конструкций [98], несмотря на достаточную прочность при статическом действии нагрузки. Трещины возникали в зоне верхнего поясного шва как у опорных и промежуточных ребер, так в промежутках между ними и были явно усталостными.

Систематические исследования этой проблем приводились: на кафедре металлических конструкций и испытательной станцией МИСИ им. В.В. Куйбышева под руководством Н.С.Стрелецкого и Е.И. Белени, в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко под руководством В.А. Балдина, в ЦНИИ Проектстальконструкция и в других организациях.

На кафедре металлические конструкции МИСИ исследования, проведенные: А.И. Кикиным [29], Б.Н. Кошутиным [33], В.Н. Батем [5], И.В. Изосимовым, А.В. Фигаровским, С.Ф. Пичугиным [25, 104, 92]

B.Н. Валем [12], Ю.С. Куниным [40], Ю.С. Эглескалном [108] позволили нормировать вертикальные и горизонтальные воздействия для кранов различного режима работы.

В дальнейшем закономерности крановых воздействий были исследованы И.Р. Руховичем [94], В.И. Камбаровым [26], И.В. Попченков [93],

C.В. Орешкин [90].

В 1973 году начал работать стенд с гидроприводом в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, на котором проводил усталостные испытания В.П. Федосеев [103]. Стенд был малопроизводительный, поэтому В.П. Федосееву удалось испытать только четыре балки на базе 0,2 миллиона циклов на-гружений. Результаты испытаний достаточно хорошо согласовывались с результатами, полученными К.К. Неждановым [50]. Исследования выносливости в ЦНИИСК им. Кучеренко были продолжены JT.C. Лазаряном под руководством В.М. Горпинченко [21].

Впоследствии, на основании результатов испытаний [103, 50, 21] предел выносливости зоны верхнего поясного шва был внесен в СНиП П-23-81* [98].

В Пензенском ГУ АС с 1971 г. работает лаборатория выносливости, в которой проводятся усталостные испытания подкрановых балок под руководством основателя лаборатории - д.т.н., проф. Нежданова К.К. На первом этапе работы лаборатории проводились испытания сварных балок. Была получена линия регрессии, связывающая максимальные касательные напряжения и число циклов нагружения до появления видимой трещины, результаты вошли в СНиП 11-23-81* «Стальные конструкции». Затем были испытаны балки из тавров, балки на фрикционных шпильках, балки с податливыми стенками, в том числе с двойной стенкой. В последние годы разработано ряд новых сечений подкрановых балок.

Нежданов К.К. на базе большого объема экспериментальных исследований балок при подвижном характере нагрузки подтвердил, что причиной усталостных повреждений служат максимальные касательные напряжения, направленные под углом 45° к поверхности стенки и к главной оси 2 [9, 58]. Таким образом, активные зоны сдвига расположены на взаимно перпендикулярных площадках, а первые микродефекты образуются в месте их пересечения с поверхностью со стороны эксцентриситета.

Достоинством данного подхода является то, что он позволяет учитывать совместное действие местного сжатия и кручения. К несомненным достоинствам также следует отнести учет эффективного коэффициента концентрации напряжений при определении эквивалентных касательных напряжений, что позволяет объяснить возникновение различных типов трещин (как в верхней зоне стенки, так и в местах вырезов ребер).

Цель данной работы - повышение выносливости замкнутых профилей подкрановых конструкций, совершенствование подкрановых балок и подкраново-подстропильных конструкций.

Автор защищает:

- закономерности изменения условий образования трещин в зависимости от цикличности воздействий мостовых кранов на подкрановую конструкцию и ее формы сечения, а так же предложения по расчету подкрановых конструкций на выносливость;

- новый подход, позволяющий рационально распределить материал по сечению подкрановой конструкции;

- сортамент эллиптических трубчатых профилей;

- рельсобалочные конструкции, в которых рельс является усиливающим элементом сечения балки и составляет с ней единое целое;

- профиль сечения подкраново-подстропильной конструкции, не-повреждаемой усталостными трещинами и обладающей амортизирующими свойствами;

- результаты экспериментальных исследований выносливости моделей рельсобалочных конструкций;

- способы повышения и восстановления работоспособности подкрановых конструкций.

Научную новизну работы составляют:

- сортамент эллиптических трубчатых профилей;

- рельсобалочные и подкраново-подстропильные конструкции из трубчатых профилей обладающие высокой выносливостью и пониженной материалоемкостью;

- рельсовые блоки, составленные из прокатных профилей;

- экспериментальные линии влияния всех компонентов напряжений, полностью описывающих напряженное состояние рельсобалочной конструкции замкнутого сечения при имитации воздействий мостовых четырехколесных кранов;

- методы повышения и восстановления работоспособности подкрановых конструкций.

Практическое значение диссертационной работы заключается в разработке новых конструктивных решений подкрановой балок, снижении материалоемкости, повышении технологичности изготовления, монтажа и ремонтопригодности, разработке оригинальных методов расчета предложенных конструкций.

Практическая значимость диссертационной работы возрастает в связи с тем, что предлагаемые конструкции и методы расчета значительно повышают выносливость с одновременным снижением материалоемкости до 25%. Кроме этого предлагаются варианты рихтовке рельсовых путей и восстановления рабочего положения каркаса в цехах без остановки производственного процесса. Рихтовка выполняется механизировано, что ведет к снижению трудоемкости и значительно продлевает срок службы подкрановых конструкций.

Внедрение результатов. Практическая реализация результатов осуществлена в рамках программы сотрудничества между Министерством образования и Федеральной службой специального строительства при разработке эффективных рельсовых конструкций для цехов черной и цветной металлургии с интенсивной эксплуатацией.

По материалам работы осуществлена рихтовка подкрановых балок на предприятиях ОАО "Пензенская генерирующая компания" и ОАО "Пензком-прессормаш"; предложенные профили использовались в работе ООО "Пенза-стройсервис" (экономический эффект составил 115,0 тыс. рублей); материалы работы используются в учебном процессе при выполнении курсовых и дипломных работ, а также при чтении курса по металлическим конструкциям и спецсооружениям.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы доложены и представлены на научно-технических конференциях международного и регионального уровня в г. Пензе, 2002 - 2006 гг., а также опубликованы в центральной печати.

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано восемь печатных работ.

Работа выполнена в рамках межвузовской научно-технической программы «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограмма «Архитектура и строительство» в соответствии с НИР 3.1.19. «Развитие теории эффективных рельсовых конструкций для цехов черной и цветной металлургии при интенсивной эксплуатации» (шифр 67.11.35) под руководством д.т.н., профессора, засл. изобр. России Нежданова К.К.

Объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, основных результатов и выводов, списка литературы из 108 наименований и 9 приложений. Полный объем диссертации 187 страниц, включая 9 таблиц, 68 рисунков.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Существующие подкрановые конструкции не отвечают современным условиям эксплуатации и не имеют запасов по нормативным механическим свойствам при циклических подвижных воздействий от колес кранов. В связи с этим разработаны стальные подкрановые конструкции, обеспечивающие нормальную интенсивную эксплуатацию в течение 25.30 лет. Это достигнуто за счет применения новой формы подкрановой конструкции - трубчатой, обладающей амортизирующими свойствами и большими (по сравнению с двутаврами) моментами при изгибе и кручении. Применение эллиптического профиля позволяет убрать верхний поясной сварной шов от места приложения динамических импульсных воздействий от колес крана, что уменьшает концентраторы напряжения в верхней зоне, сводя их к единице.

2. Конструктивная форма подкрановых конструкций является основным фактором, влияющим на их выносливость и долговечность. Полученные аналитические зависимости, позволили повысить момент сопротивления до своего максимума Wx max. На основании полученных зависимостей разработан эффективный сортамент эллиптических труб. Эллиптический трубчатый профиль при п = 3 имеет характеристики, при которых Wx достигает максимального значения, при одинаковой материалоемкости момент сопротивления относительно оси X на 14,5% больше, чем у двутавра такой же материалоемкости.

3. Объединена работа двух параллельных подкрановых конструкций по средним рядам колонн и доказана эффективность их совместной работы, получены аналитические зависимости для параллельных рельсовых путей, позволяющие значительно повысить долговечность конструкций с одновременным понижением материалоемкости на 20.25 процентов.

4. Проведены усталостные испытания моделей замкнутых подкрановых конструкций на стенде, имитирующем все подвижные волнообразные импульсные воздействия от кранов Р, Г, Мкр. Усталостные испытания подтвердили, что новая форма подкрановой конструкции обладает высокой выносливостью и работоспособностью. В самой подкрановой конструкции в зоне болтовых соединений усталостные трещины при наборе 2,86 миллионов циклов нагружений не возникли.

5. Внедрены новые способы и технология восстановления проектного положения подкрановой конструкции посредством легких монтажных домкратов без применения кранового оборудования. Эти способы повысили долговечность и ремонтопригодность. Одновременно наблюдается значительная экономия за счет выполнения работ без остановки технологического процесса и механизации процесса рихтовки.

6. Величина и размах локальных напряжений возникающих от каждого из колес крана зависит не только то мощности рельса и формы профиля верхней части балки, но и конструкции стальной продольно гофрированной подрельсовой подкладки, позволяющей надежно и быстро объединить рельс и балку в единое целое. Ее применение позволяет снизить локальные напряжения и повысить выносливость подрельсовой зоны подкрановой балки.

7. Конструктивная форма мостовых кранов не учитывает специфику работы подкрановых конструкций производственных зданий. На основе анализа степени влияния геометрических характеристик кранов на работу подкрановой конструкции разработаны конструкция колес крана и их подвеска к раме мостового крана, позволяющие исключить его сход с рельсов, снизить сопротивление продольному движению, уменьшить износ колес и рельсов, и повысить долговечность и надежность, как крана, так и подкрановых конструкций. Число циклов нагружения от колес кранов уменьшено в 8 . 16 раз, из-за слияния локальных воздействий от колес на балку, также снижена масса и высота крана за счет применения новой конструкции балансирных тележек крана.

1. P. Fergencik, J. Schun, J. Melcher, V. Vorisek, E. Chladny, NAVRHOVAN1. OCELOVYCH KONSTRUKCII, 1. Cast, ALFA, Bratislava.

2. Абаринов A.A., Петров В.П., Рожков E.E. Технология изготовления стальных конструкций. Москва: ГИ, 1963.

3. Балдин В.А., Вейцман Ш.К., Горпинченко В.М. Подкрановая балка: а.с. № 861280. СССР //Бюл. № 33. 1981.

4. Бать А.А. О расчете на выносливость. Строительная механика и расчет сооружений. 1959, № 5.

5. Бать А.А. Режим эксплуатации подкрановых балок и их расчёт на выносливость: Автореф. дисс. канд. техн. наук, М.: МИСИ, 1959. 18 с.

6. Бать А.А., Кошутин Б.Н. Режим эксплуатации подкрановых балок и мостовых кранов. Строительное проектирование промышленных предприятий № 1. М.: Госстройиздат, 1961.

7. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1976.-600 с.

8. Беленя Е.И. и др. Металлические конструкции. М.: Стройиздат, 1986.-560 с.

9. Беленя Е.И., Нежданов К.К. К вопросу выносливости сжатой зоны стенки стальных подкрановых балок. «Промышленное строительство», 1976, №4.

10. Бирюлев В.В. и др. Проектирование металлических конструкций. Специальный курс /Под ред. В.В.Бирюлева. Л.: Стройиздат, 1990. -432 с.

11. Богинский К.С. и др. Мостовые и металлургические краны. М.: Машиностроение, 1970. - 300 с.

12. Валь В.Н. Исследование вертикальных воздействий мостовых кранов на подкрановые балки: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1970.- 17 с.

13. Валь В.Н., Горохов Е.В., Уваров Б.Ю. Усиление стальных каркасов одноэтажных производственных зданий при их реконструкции. М.: Стройиздат, 1987.

14. Васильев А.А. Особенности работы подкрановых конструкций и повышение срока их службы. «Промышленное строительство», 1965, №7.

15. Васюта Б.Н. Подкрановая балка со сменной подрельсовой частью. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Новосибирск, 1990.

16. Веников В.А. Теория подобия и моделирования. М.: Высшая школа, 1976.-479 с.

17. Вериго М.Ф. Вертикальные силы, действующие на железнодорожный путь при прохождении подвижного состава. Тр. ВНИИЖТ, 1955, вып. 97, с. 25-288.

18. Вериго М.Ф., Крепкогорский С.С. Общие предпосылки для корректировки Правил расчета железнодорожного пути на прочность и предложения по изменению Правил. Тр. ВНИИЖТ, 1972,24, № 7, с. 4-50.

19. Гарагаш Б.А. Надежность пространственных регулируемых систем "сооружение основание" при неравномерных деформациях основания. -Сочи: Кубанькино, 2004.

20. Гордеев В.А. Рельсовые пути тяжелых транспортных устройств. -М.: Транспорт, 1981. 159 с.

21. Горпинченко В.М., Лазарян А.С. Экспериментальные исследования усталостной прочности сварной подкрановой балки //Промышленное строительство, 1975.-№ 12.

22. Гохберг М.М. Металлические конструкции подъемно-транспортных машин, Машиностроение, Ленинград, 1969.

23. Давиденков Н.Н. Усталость металлов. Киев: Изд. АН УССР, 1949.

24. Изготовление стальных конструкций /Под ред. В.М. Краснова. М., Стройиздат, 1978.

25. Изосимов И.В. Исследование боковых сил мостовых кранов цехов металлургических заводов: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1966.

26. Камбаров В.И. Влияние технологических факторов на характеристики крановых нагрузок, ресурс и долговечность сварных подкрановых балок в цехах металлургического производства: Дисс. канд. техн. наук, М.: МИСИ, 1988.-236 с.

27. Карев М.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук "Новая стальная подкрановая конструкция. Методы расчета прочности и выносливости".

28. Кикин А.И. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий. -М.: Стройиздат, 1984. 301 с.

29. Кикин А.И. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий/ Под. ред. А.И. Кикина. М.: Стройиздат, 1969.-415 с.

30. Кикин А.И. и др. Повышение долговечности металлических конструкций промышленных зданий. 2-е изд. /Под ред. А.И. Кикина. М.: Стройиздат, 1984.-302 с.

31. Кикин А.И. Особенности проектирования стальных конструкций зданий и сооружений заводов черной металлургии при учете условий эксф плуатации: Дисс. доктора техн. наук. М.: МИСИ, 1954.

32. Кикин А.И., Сабуров А.Ф. Исследование подкранового пути на низкомодульных прокладках. «Промышленное строительство», 1975, №8.

33. Кошутин Б.Н. Определение коэффициента нагрузки вертикальной ф крановой нагрузки на основании статистического изучения работы крановв действующих цехах: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1961. -26 с.

34. Кудишин Ю.И. Некоторые особенности работы сварных подкрановых балок: Дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1967.

35. Кузьмишкин А.А. Подкраново-подстропильные конструкции //Сборник статей IV Международной научно-практической конференции. -Пенза, 2005.

36. Кузьмишкин А.А. Применение макрорегуляторов в строительстве и при реконструкции //Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Вопросы теории и практики в Российской правовой науке». ПГПУ, Пенза, 2005.

37. Кузьмишкин А.А. Рекомендации по проектированию и повышениюработоспособности подкрановых конструкций //Сборник статей Международной научно-практической конференции: «Вопросы теории и практики в Российской правовой науке». ПГПУ, Пенза, 2005.

38. Кузьмишкин А.А. Стендовые испытания коробчатых конструкций //Сборник статей V Международной научно-практической конференции: «Проблемы энергосбережения и экологии в промышленном и жилищно-коммунальном комплексах». ПГУАС, Пенза, 2006.

39. Кунин Ю.С. Исследование процессов нагружения стальных подкрановых балок вертикальными крановыми нагрузками в цехах металлургического производства: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1970.- 15 с.

40. Математическое моделирование при расчете и исследованиях строительных конструкций: Учеб. пособие /В.В. Горев, В.В. Филиппов, Н.Ю. Тезиков. М: Высшая школа, 2002. - 206 с.

41. Металлические конструкции. В 3-х томах. Т-2. Стальные конструкции зданий и сооружений /Под общей редакцией Кузнецова В.В. М.: 1998.

42. Металлические конструкции. В 3-х томах. Т-3. Стальные сооружения, конструкции из алюминиевых сплавов. Реконструкция, обследование, усиление и испытания конструкций зданий и сооружений /Под общей редакцией Кузнецова В.В. М.: 1998.

43. Москалев Н.С. Исследование работы сварных стержневых подкрановых балок с динамической нагрузкой: Дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1959.- 12 с.

44. Муханов К.К. Металлические конструкции. -М.: Стройиздат, 1978. -512с.

45. Муханов К.К., Шишов К.А. Исследование действительной работы и анализ дефектов подкрановых балок сортопрокатного цеха ЧМЗ. В кн.: Металлические конструкции. Сборник трудов МИСИ. -М., 1970, № 85.

46. Мысак В.В. Особенности расчёта и технологии изготовления подкрановых балок с поясами из широкополочных тавров: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М.: МИСИ, 1985.-21 с.

47. Нежданов К.К. Автоматическое устройство для захвата и продольлного перемещения кранового рельса: а.с. 678012, СССР //М. Кл. В 66 С 1/42//Б.И. 1979. -№ 29.

48. Нежданов К.К. Долговечные подкрановые конструкции: Учебное пособие. Пенза: Пензенский гос. архит.-строит. ин-т, 1995. - 80 с.

49. Нежданов К.К. Исследование выносливости сжатой зоны стенки сварных стальных подкрановых балок. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. М., 1974.

50. Нежданов К.К. Кузьмишкин А.А. Рубликов С.Г. Новые эффективные профили. Известия вузов, «Строительство», №10,2005.

51. Нежданов К.К. Кузьмишкин А.А. Рубликов С.Г. Эффективный прокатный профиль. Известия вузов, «Строительство», № 1, 2006.

52. Нежданов К.К. О повышении долговечности стальных подкрановых балок //Реф. сб. ЦИНИС Госстроя СССР. Общие вопросы строительства. Отечественный опыт. 1974. - Вып. 12.

53. Нежданов К.К. О повышении долговечности стальных подкрановых балок. Реферативный сборник. Отечественный опыт. Общие вопросы строительства. ЦИНИС Госстроя СССР. М.: 1974, № 2. - С. 52-57.

54. Нежданов К.К. Повышение выносливости подкрановых балок //Промышленное строительство. 1987. -№ 1. - С. 43-45.

55. Нежданов К.К. Подкрановая балка высокой выносливости //Промышленное строительство. 1990. - № 5. - С. 19-20.

56. Нежданов К.К. Снижение локальных напряжений в подкрановой балке гофрированием стенки /Строит, мех. и расчет сооружений. 1989.4.-С. 9-11.

57. Нежданов К.К. Совершенствование подкрановых конструкций и методов их расчета: Дис. докт. техн. наук. Пенза, 1992. - 349 с.

58. Нежданов К.К. Стенд для испытания балок на выносливость. Патент России. № 840679, СССР, М. Кл.3, G01M5/0011 Б.И, 1981, № 23.

59. Нежданов К.К., Васильев А.В., Калмыков В.А., Нежданов А.К. Способ и устройство для неподвижного соединения. Патент России № 2114328. Бюл. № 18 зарег. 27.06.1998.

60. Нежданов К.К., Второв Б.М. Результаты испытаний на выносливость стальных подкрановых балок //Библиограф, указ. депонир. рукописей. Строительство и архитектура. ВНИИС. 1981. - № 2574. - Вып. 6.

61. Нежданов К.К., Карев М.А., Кузьмишкин А.А., Рубликов С.Г. Решение проблемы выносливости подкрановых конструкций с использованием рельсобалочных профилей. //Сборник статей IV Международной научно практической конференции. - Пенза, 2005.

62. Нежданов К.К., Кузьмишкин А.А. Сортамент эллиптических профилей. Информационный листок № 501-06. Пензенский ЦНТИ, 2006.

63. Нежданов К.К., Нежданов А.К. Туманов В.А. Долговечные подкрановые конструкции. Учебное пособие. Пенза: ПГАСА, 2000. - 176 с.

64. Нежданов К.К., Туманов В.А., Карев М.А. Подкрановые балки с трубчатым верхним поясом. М.: Госстрой России. ФГУП ВНИИНТПИ. - № 11852. - 2002. - 120 с.

65. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А. Грунтонасос. Информационный листок № 10-05. Пензенский ЦНТИ, 2004.

66. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А. Подкраново-подстропильная балка. Информационный листок № 344-04. Пензенский ЦНТИ, 2004.

67. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А. Способ рихтовки подкрановых балок //Сборник статей Международной научно-технической конференции. Пенза, 2002.

68. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А. Узел упругого соединения трехглавого рельса с подкрановой балкой. Информационный листок № 09-05. Пензенский ЦНТИ, 2004.

69. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А., Нежданов А.К. "Рельсобалочный блок конструкций для параллельных рельсовых путей" заявка № В 66 С 7/20.

70. Нежданов К.К., Туманов В.А., Кузьмишкин А.А., Нежданов А.К. Подкраново-подстропильная конструкция заявка № 2003-116199 на получения патента РФ.

71. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Арочный рельс. Заявка № 2001118872/20 (019989) от 06.07.2001.

72. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К. Долговечные подкрановые конструкции. Пенза, Пензенская ГАСА, 2000. - 176 с.

73. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Карев М.А. Рельсо-балочная конструкция. Патент RU 2192381 С2, 10.11.2002 Бюл. № 31.

74. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Кузьмишкин А.А. Грунтонасос. Патент RU 2228408 С2, 10.05.2004 Бюл. № и.

75. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Кузьмишкин А.А. Соединение рельсов с трубчатым поясом подкраново-подстропильной балки. Патент RU 2232126 С2, 10.07.2004 Бюл. № 19.

76. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Кузьмишкин А.А. Способ рихтовки разрезных подкрановых балок. Патент RU 2235675 С2, 10.09.2001 Бюл. №25.

77. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданов А.К., Лаштанкин А.С. Жесткое фрикционное соединение подкрановых балок с колонной. Заявка № 2002104723/20 (004868) от 21.02.2002.

78. Нежданов К.К., Туманов В.А., Нежданова А.К., Кузьмишкин А.А. Узел упругого соединения трёхглавого рельса с подкрановой балкой. Патент России RU 2249557 С2,10. 04. 2005 Бюл. 10.

79. Нежданов К.К., Туманов В.А., Попченков И.В. Арочные профилирельсов. Долговечные рельсобалочные конструкции. М.: Госстрой России. ФГУП ВНИИНТПИ. - № 11828. - 2001. - 118 с.

80. Нежданов К.К., Туманов В.А., Попченков И.В., Нежданов А.К. Непо-вреждаемые усталостными трещинами подкрановые конструкции. Промышленное и гражданское строительство, № 11/2000. М.: ПГС, 2000. -С.33-55.

81. Незальзов О.Р., Савело В.М. Металлическая подкрановая балка: а.с. 1469059. СССР. М. Кл. Е 04 С 3/06 // Бюл. № 12. 1989.

82. Обследование и испытание сооружений: Учеб. для вузов /О.В. Лужин, А.Б. Злочевский и др.; Под ред. О.В. Лужина. М.: Стройиздат, 1987. -263 с.

83. Обследовать состояние металлоконструкций объектов комбината и выдать техническую документацию по его усилению. Отчёт о НИР. № Гос. per. 01900059585. Руководитель Нежданов К.К. Пенза, 1990. -146 с.

84. ОРД 0000089. Техническая эксплуатация стальных конструкций производственных зданий. Вводится в действие с 3.08.1989. М.; МИНЧЕРМЕТ, 1989 - 98 с.

85. Орешкин С.В. Статистическое исследование надежности антикоррозионной защиты стальных конструкций //Пром. стр-во. 2000. - № 1. -С. 28-30.

86. Писаренко Г.С. Справочник по сопротивлению материалов /Г.С. Писаренко, А.П. Яковлев, В.В. Матвеев //2-е изд., перераб. и доп. -Киев, 1988.-736 с.

87. Пичугин С.Ф. Статистическое исследование горизонтальных и вертикальных силовых воздействий мостовых кранов на конструкции промышленных зданий: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1968.

88. Попчёнков И.В. Новые профили крановых рельсов и прочность рельсобалочных конструкций. Канд. дисс. Пенза: 2000. - 174 с.

89. Рухович И.Р. Особенности нагружения стальных подкрановых балок в условиях эксплуатации и реконструкции: Автореф. дисс. канд. техн. наук.-Киев: 1985.-22 с.

90. Сабуров В.Ф. Закономерности усталостных повреждений и разработка методов расчётной оценки долговечности подкрановых путей производственных зданий. Автореферат диссертации докт. техн. наук. Челябинск: ЮУрГУ, 2002. - 40 с.

91. СНиП 2.01.07-85. Нагрузки и воздействия /Госстрой СССР. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1987. - 36 с.

92. СНиП И-23-61. Стальные конструкции: -М.: 1982.

93. СНиП 11-23-81*. Стальные конструкции. М.: ЦИТП Госстроя СССР, 1988.-96 с.

94. СНиП III-18-75. Часть III. Правила производства и приёмки работ. Глава 18. Металлические конструкции. М., Стройиздат, 1976. - 160 с.

95. Справочник по кранам: 2 т. Т1. Характеристики материалов и нагрузок. Основы расчетов кранов, их приводов и металлических конструкций //В.И. Брауде, М.М. Гохберг, И.Е. Звягин и др.; Под общ. ред. М.М. Гохберга. М.: Машиностроение, 1988. - 536 с.

96. ТУ-104-53. Технические условия проектирования стальных конструкций зданий металлургических заводов с тяжелым режимом работы:-М.: Стройиздат. 1953.

97. Туманов В.А. Система управления выносливостью стальных подкрановых конструкций интенсивной нагруженности. Дис. докт. техн. наук. Пенза: 2004.

98. Федосеев В.П. Экспериментально-теоретическое исследование усталостной прочности сжатой зоны стенки сварной подкрановой балки: Ав-тореф. дисс. канд. техн. наук. -М.: 1975.

99. Фигаровский А.В. Исследование горизонтальных поперечных воздействий мостовых кранов с гибким подвесом груза на конструкции промышленных зданий: Автореф. дисс. канд. техн. наук. М.: МИСИ, 1969.

100. Хомутинников Н.И., Морозов К.Д. Металлические конструкции промышленных зданий. Ленинград-Москва: Госстойиздат, 1933. - 536 с.

101. Чумаков В.А. Увеличение ресурса эксплуатируемых подкрановых балок путем подкрепления пояса продольными ребрами: Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. -М., 1987.

102. Шимановский В.Н. Основные задачи и направления исследований в области реконструкции зданий и сооружений //Изв. вузов. Строительство и архитектура. 1987. -№ 4. - С. 1-5.

103. Эглескалн Ю.С. Исследование физического износа металлических конструкций производственных зданий: Автореф. дисс. канд. техн. наук. -М.: МИСИ, 1974.

104. St, Sa центральный (относительно оси /) и секториальный статические моменты IS°TC, S™ - то же' отсеченной части поперечного сеченияоп ос то же пояса и стенки1. О,- , О;

105. Ji, JM центральный (относительно оси /) и секториальный моменты инерции поперечного сеченияj" ^ jc моменты инерции пояса и стенки относительно оси i

106. Wx, Wy моменты сопротивления сечения относительно осей соответственно х-х, у-у1.. Силовые факторы и напряжения

107. I. Физико-механические характеристики

108. Е модуль упругости первого рода G - модуль сдвигаv коэффициент Пуассона Rn - расчетное и нормативное сопротивление материала растяжению-сжатию Rcp, i?"p - расчетное и нормативное сопротивление материала срезу1. Rv предел выносливости

109. Множители и приставки для обозначения десятичных кратных и дольных единиц

110. Расчет рельсобалочной конструкции для среднего ряда колонн под кран тяжелого режима работы грузоподъемностью Q = 50/10 т

111. Требуемый момент сопротивления трубчатого сечения:1. М 3839000 10„01 з1. W= — =-= 18281 см1. R 2101,5 Wx 1,5-18281 1Г . ЛА ст = = У^Г- = , при X = 90.

112. Примем толщину стенки 2tст = 1,6 см (две стенки по 0,8 см).

113. Необходимая площадь сечения рельсобалочной конструкции

114. A = j6-Wx-tCI =л/б-1828-1,6 = 419 см2. Площадь сечения двух стенок 2 • = /iCT • 2 • h„.

115. Момент инерции рельсобалочной конструкции2.t^-hl . (h.1. Jx = 2-J^2-Ap—51—£L + 2-А3ст v 2 у2

116. Тогда момент сопротивления Wx = ~~~ •

117. Подставив эти значения в предыдущее уравнение, получимh.T + 489,11 -hi-48907,23• h„ -2807308,17 = 0. Решив кубическое уравнение, получим hCT= 119,1 см. Тогда высота всей балки Я = 165,5 см.

118. Площадь ее стенки ACT=2-hCT -t„ = 2-119,1-0,8 = 190,56 см2. Выполнив проверку, получим Wx= 18281 см3. То есть высота стенки h„ и всего сечения Я определена правильно. Назначим стенку 119,1 ■ 2 • 0,8 = 190,56 см2.

119. Площадь сечения рельсобалочной конструкции А = 2-Ар+2-А3 + Аст, А = 2 -112,91 + 2 -17,52 + 190,56 = 451,42 см2высота сечения Н = 119,1 + 2-23,2 = 165,5 см.

120. Момент сопротивления по (4.2) Wx = 18281,0 см . Проверка прочности при изгибе в вертикальной плоскости

121. М 3839000 ЛЛЛЛПЛЛ/1ГТ о1лл*гг а = — =-= 209,999 МПа <210 МПа.1. Wx 18281,01. Прочность обеспечена.

122. Поперечное сечение конструкции показано на рис. П.1.

123. Рис. П.1. Поперечное сечение рельсобалочной конструкции по среднему ряду колонн под кран грузоподъемностью 50 т

124. Главный момент инерции относительно оси .у1. Jу 2-./ур + 2-АстьVг-и-К = 122.12076,6 + 2198,08 fl6,3^2 "2.0,4-43,8 4-1-— = 42451,1 см .

125. Максимальная ширина рельсобалочной конструкции1. Ятах = 46,8 см,2^ = ^245U=i ' ^шах 46,8

126. Напряжения при изгибе в горизонтальной плоскости от сил Т изгибающий момент без изменения.

127. Мт = 335090 гН-см, Мт 3350901. Wv 1814,2184,7 МПа <210 МПа.1. Прочность обеспечена.

128. Рис. П.2. Эквивалентное эллиптическое сечение

129. Момент инерции на кручение по сравнению с традиционным решением, представленном в учебнике Муханова К.К. 45., увеличился в 667920/430,7 = 1550 раз!

130. Момент сопротивления при кручениип.п.Кл/ 314-3 78\ WKp =-(l а4) = ---(l - 0,9634 )= 8730,14 см3.1. Крутящий момент

131. Т \Н И,) = 505 - (165,5 - 23,2 ) 2 2 Проверка касательных напряжений при кручении

132. Мкр = —^—^ =-i—i-= 35930,75 гНсм.т=Л^ = 3593075= <п1. WKp 8730,141. Напряжения очень малы.

133. Прочность подкрановой балки на действие крутящего момента достаточна.

134. Примечание: точки с максимальными напряжениями при изгибе в вертикальной и горизонтальной плоскости не совпадают, поэтому проверка на косой изгиб обеспечена.

135. Локальные напряжения в стенке

136. Эффективная длина распределенияi*s=3>25ir=3-25i^=68'39 см

137. Локальные напряжения при центральном сжатии

138. Р 3939 а = -^52- =-= 35,99 МПа.loc lfta 68,39-0,8-2где Рэкв = Ь ■ У/1 • Рн = 0,6 • 1,3 • 5050 = 3939 гН. Режим работы 7К.

139. Величина локальных напряжений получается незначительной, поэтому возникновение усталостных трещин исключено.

140. Сравним материалоемкость конструкций (см. Табл. П.1).