8.5.8. Прикрепление подкрановой консоли к колонне

Подкрановые балки под мостовые опорные краны опираются на колонны постоянного сечения через консоли из сварного двутавра (одностенчатые консоли) или двух швеллеров (двустенчатые консоли).

Консоль рассчитывается на давление F, приложенное с эксцентриситетоме, от двух сближенных кранов, расположенных на подкрановых балках.

Швы, прикрепляющие одностенчатую консоль, рассчитываются на действие момента М = Fе и перерезывающую силуQ =F.

Швы прикрепляющие консоль, состоящую из двух швеллеров, обнимающих колонну, рассчитываются на реакции, найденные как в одноконсольной балке:

F₁ = Fе/h; F₂ = F(h + е)/h.

Пример 8.6.Проверить прочность сварного соединения одностенчатой консоли с колонной. Сталь класса С255. Сварка механизированная в среде СО₂сварочной проволокой марки Св-08Г2С диаметром 1,4 мм. Катет шваk_f = 8 мм. К консоли приложена расчетная сосредоточенная силаF= 800 кН с эксцентриситетом (расстоянием от оси подкрановой балки до грани колонны)е = 350 мм. Размеры сечения консоли показаны на рис. 8.15.

Материал конструкций – сталь класса С255, имеющая расчетное сопротивление R_y = 24 кН/см²при толщине свариваемых элементов от 10 до 20 мм (см. табл. 2.3);

Сварка механизированная с использованием проволоки Св-08Г2С по ГОСТ 2246-70*. Расчетные сопротивления сварных соединений при расчете: по металлу шва R_wf = 21,5 кН/см²; по металлу границы сплавленияR_wz = 16,65 кН/см²Коэффициенты проплавления, принимаемые для механизированной сварки при диаметре сварочной проволоки 1,4 мм и катетах швов 8 мм по табл. 3.4 равнымиβ_f = 0,9 иβ_z = 1,05. Коэффициенты условий работы соединенияγ_wf = γ_wz= 1,0, конструкцииγ_с = 1,0.

Сравниваем:

β_fR_wf= 0,9 ∙ 21,5 = 19,35 кН/см²>β_zR_wz= 1,05 ∙ 16,65 = 17,48 кН/см²,

следовательно, сварные швы рассчитываем по металлу границы сплавления.

В месте прикрепления консоли действуют:

– изгибающий момент М = Fе= 800 ∙ 0,35 = 280 кН∙м;

– поперечная сила Q = F= 800 кН.

Рис. 8.15. Одностенчатая подкрановая консоль:

а – прикрепление консоли; б – геометрические характеристики сечения;

в – расчетные длины швов; г – эпюры напряжений в шве

Определяем геометрические характеристики сечения сварных швов в месте прикрепления консоли к колонне с учетом дефектов швов в начале и конце сварки 10 мм (рис. 8.15, в):

– суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих один пояс:

∑l _w,n = (b_f – 1) + [b_f – (t_w + 2k_f + 2 ∙ 0,5)] =

= (25 – 1) + [25 – (1 + 2 ∙ 0,8 +1)] = 45,4 cм;

– площадь сварного шва у пояса

A_w,n = β_f k_f ∑l_w,n= 1,05 ∙ 0,8 ∙ 45,4 = 38,14 см²;

– суммарная расчетная длина швов, прикрепляющих стенку,

∑l_w,ст = 2(h_w – 1) = 78 см;

– площадь сварного шва у стенки

A_w,ст = β_zk_f ∑l_w,cт = 1,05 ∙ 0,8 ∙ 78 = 65,52 см²;

– общая площадь всех сварных швов

A_w=A_w,ст + 2A_w,n = 65,52 + 2 ∙ 38,14 =141,8 см²;

– момент инерции всех сварных швов относительно оси х-х

I_w = [2β_zk_f (h_w – 1)³] / 12 + 2[A_w.n (h_f / 2)²] =

= [2 ∙ 1,05 ∙ 0,8 · (40 – 1)³] / 12 + 2 · [38,14 · (41,4 / 2)²] = 40989,9 см⁴;

– момент сопротивления швов

W_w = 2J_w /h= 2 ∙ 40989,9 / 42,8 = 1915,42 см³.

Срезающее напряжение в шве от М

τ_w,М = М/W_w= 28000 / 1915,42 = 14,62 кН/см².

Срезающее напряжение в шве от Q

τ_w,Q = Q/A_w= 800 / 141,8 = 5,64 кН/см².

Проверяем прочность сварного шва:

Прочность соединения консоли с колонной обеспечена.

Проверку напряжений в опорном сечении одностенчатой консоли допускается производить в предположении, что изгибающий момент воспринимается только полками, а поперечная сила – стенкой.

В этом случае угловые швы, прикрепляющие полки консоли, рассчитываются на усилие в полке:

Н = М/h_f= 28000 / 41,4 = 676,33 кН,

где h_f = h – t_f = 42,8 – 1,4 = 41,4 см.

Проверяем прочность соединения:

Прочность соединения при катете шва k_f= 8 мм не обеспечена.

Определяем требуемый катет шва

k_f = Н/(β_zl_w,nR_wzγ_wzγ_c) = 676,33 / 1,05 ∙ 45,4 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1 = 0,85 мм.

Принимаем катет шва, прикрепляющего пояса к колонне, k_f = 9 мм.

Проверяем прочность сварных швов у стенки:

Условие выполняется.

Пример 8.7. Рассчитать прикрепление консоли из двух швеллеров (рис. 8.16). Сталь класса С255. Сварка механизированная (условия сварки – по данным примера 8.6). К консоли приложена расчетная силаF= 600 кН с эксцентриситетоме = 350 мм.

Определяем изгибающий момент в основании консоли:

М = Fе= 600 ∙ 0,35 = 210 кН∙м.

Из условия прочности работы консоли на изгиб находим требуемый момент сопротивления одного швеллера:

W_{x, min} = M/(2R_yγ_c) = 21000 / (2 ∙ 24 ∙ 1) = 437,5 см³,

где R_y = 24 кН/см²– расчетное сопротивление стали С255 при толщине

фасонного проката свыше 10 мм (за толщину фасонного проката принимается толщина полки швеллера).

Рис. 8.16. Двустенчатая подкрановая консоль

По сортаменту ГОСТ 8240-93 принимаем ближайший номер швеллера

[40, имеющего W_x = 761cм³>W_{x, min}= 437,5 см³, толщину стенкиd= 8 мм, толщину поясаt = 13,5 мм.

Определяем усилия:

F₁ = Fе/h= 600 ∙ 0,35 / 0,4 = 525 кН;

F₂ = F(h + е)/h= 600 (0,4 + 0,35) / 0,4 = 1125 кН.

Катет шва для прикрепления консоли к наружной ветви колонны

k_f1 = F₁/(2β_zl_w1 R_wzγ_wzγ_c) = 525 / (2 ∙ 1,05 ∙ 39 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,39cм,

где l_w1 = l _w2 = h – 1 = 40 – 1 = 39 см – расчетная длина одного шва.

Принимаем сварной шов с катетом k_f = 5 мм, что менееd= 8 мм и болееk_f,min = 4 мм при механизированной сварке более толстого из свариваемых листов от 6 до 10 мм (см. табл. 3.5).

Катет шва для прикрепления консоли к внутренней ветви колонны

k_f2 = F₂/(2β_z l_w2 R_wzγ_wzγ_c) = 1125 / (2 ∙ 1,05 ∙ 39 ∙ 16,65 ∙ 1 ∙ 1) = 0,83 см.

Принимаем шов с катетом k_f = 9 мм <k_f,max= 1,2d= 1,2 ∙ 8 = 9,6 мм.

Прочность соединения консоли с колонной обеспечена.