.png&w=384&q=75)
1. Введение
Подкрановые балки двутаврового сечения наиболее распространены при проектировании промышленных зданий с мостовыми кранами. Их надежность и устойчивость под действием нагрузок от кранового оборудования критически важны для безопасной и эффективной работы различных производственных процессов. Ключевой задачей при проектировании таких балок является анализ их поведения при внецентренном приложении нагрузок от чего возникает не простой изгиб, а изгиб со стеснённым кручением. Чем больше знаний о механизме работы этих конструкций, тем эффективнее можно будет избегать ошибки при проектировании и обеспечивать безопасную эксплуатацию.
2. Расчет подкрановых балок
Для проведения виртуального расчета была создана модель в расчетном комплексе ЛИРА-САПР 2016.
В качестве модели подкрановой балки с одной осью симметрии использовалась подкрановая балка Б6К-7 по серии 1.426-1 «Стальные подкрановые балки», рассмотренная в разделе 2. Тормозная конструкция представляет из себя балку из швеллера № 24 и уложенного по нему стального листа толщиной 10 мм. Анализ напряженно-деформированного состояния конструкции при действии нагрузки в центре тяжести балки представлен на рисунках 3–5. Анализ напряженно-деформированного состояния конструкции при действии нагрузки с эксцентриситетом 50 мм представлен на рисунках 6–8.
Расчетная модель загружена следующими видами нагрузок:
- Загружение № 1 – собственный вес. (постоянная нагрузка);
- Загружение № 2 – нагрузка от крана по линиям влияния (кратковременная);
- Загружение № 3 – тормоз по линиям влияния (кратковременная).
Рассмотрим загружение № 1. Для определения действующей нагрузки от собственного веса используем опцию ПК «ЛИРА-САПР» для собственного веса.
Рассмотрим загружения № 2-3. Расчетная нагрузка для двухколесного крана грузоподъёмность 50 т, приходящая на одно колесо.
, (1)
, (2)
На балку нагрузка с колеса передаётся через рельс. Ширина рельса составляет 0,13 м, а длину участка примем 0,2 м, толщина полки составляет 0,016 м. Тогда нагрузка от колеса и тормозная нагрузка составят:
, (3)
, (4)
Анализ напряженно-деформированного состояния в условиях стесненного кручения методом конечных элементов
Анализ напряженно-деформированного состояния рассмотрим в наиболее загруженных сечениях и точках для РСН, чтобы увидеть наиболее приближенную к реальности работу конструкции.
Рис. 1 Рассматриваемые точки
Рис. 2. Рассматриваемые сечения
Рис. 3. Напряжённо-деформированное состояние балки (РСН 1) – деформация сечений (перемещения в мм, напряжения в МПа)
Рис. 4. Напряжённо-деформированное состояние балки (РСН 1) – общая картина деформирования
Рис. 5. Напряжённо-деформированное состояние балки (РСН 1) – картина распределения нормальных напряжений
Рис. 6. Напряжённо-деформированное состояние балки (РСН 1) – деформация сечений (перемещения в мм, напряжения в МПа)
Рис. 7. Напряжённо-деформированное состояние балки (РСН 1) – общая картина деформирования
Рис. 8. Напряжённо-деформированное состояние балки (РСН 1) – картина распределения нормальных напряжений
Таблица
Сравнительные результаты
№ точек | В центре тяжести балки | С эксцентриситетом 50 мм | Разница значений | |||||||||
x | y | z | σ | x | y | z | σ | x | y | z | σ | |
1 сечение | ||||||||||||
1 | 0,32 | 2,41 | –4,7 | –175 | 0,3 | 2,43 | –10,2 | –166 | –0,02 | 0,02 | –5,5 | 9 |
2 | 0,3 | 2,4 | –5,2 | –98 | 0,39 | 2,42 | –0,05 | –96 | 0,09 | 0,02 | 5,15 | 2 |
3 | 0,59 | 0,75 | –4,6 | 154 | 0,73 | 26,7 | –4,03 | –75 | 0,14 | 25,9 | 0,57 | –229 |
4 | 0,56 | 0,75 | –5,0 | 167 | 0,17 | 26,7 | –6,09 | 392 | –0,4 | 25,9 | –1,1 | 225 |
2 сечение | ||||||||||||
1 | 1,25 | 2,0 | –5,2 | –161 | 1,26 | 2,1 | –20,6 | –165 | 0,01 | 0,1 | –15 | –4 |
2 | 0,94 | 2,0 | –5,2 | –80 | 0,9 | 2,1 | 5,63 | –100 | –0,04 | 0,1 | 10,8 | –20 |
3 | –0,2 | 0,5 | –3,8 | 121 | 1,02 | 18,4 | –4,21 | 11,9 | 1,22 | 17,9 | –0,4 | –109 |
4 | –0,3 | 0,45 | –5,2 | 126 | –1,8 | 18,4 | –3,82 | 217 | –1,5 | 17,9 | 1,38 | 91 |
По результатам, полученным при проведении виртуального эксперимента, можно заметить, что при приложении нагрузки в центре тяжести балки схема её работы приближена к изгибу (верхняя полка сжата, нижняя растянута). Тогда как при приложении с эксцентриситетом появляются дополнительные деформации от кручения и соответственно изменение напряжённого состояния всей конструкции. В нижней полке образуются зоны сжатия (сеч. 1 т. 3), что требует дополнительных проверок, которые при приложении нагрузки к центру тяжести балки не выполняются. Также в нижней полке значение напряжений становится выше предела текучести (сеч. 1 т. 4). Часть балки, которая достигла предела текучести, перестаёт работать из-за чего происходит перераспределение усилий во всей конструкции. Значит какие-то части балки нагрузятся больше, чем при обычном расчете, что тоже требует отдельного рассмотрения и расчета.
3. Заключение
Проведенные исследования показали, что наличие стеснённого кручения значительно влияет на распределение напряжений в балке, увеличивая риск возникновения деформаций и потенциального разрушения. Эти результаты подчеркивают важность учёта всех факторов, влияющих на прочность и устойчивость конструкций при проектировании. Правильное понимание механики работы подкрановых балок поможет в создании более безопасных и надежных решений, которые смогут выдерживать эксплуатационные нагрузки и избегать преждевременных отказов. В дальнейшем необходимо продолжать исследования в этой области для уточнения расчетных методов и улучшения качества конструкций.
.png&w=640&q=75)
