CC BY
137
5. СНиП II-23-81* Стальные конструкции. Нормы проектирования. - М. : ЦИТП Госстроя СССР, 1990. - 96 с.
6. ВБН В 2.2-58.2-94. Резервуари вертикальш сталев1 для збер^ання нафти i нафтопродукпв з тиском насичених парiв не вище 93,3 кПа / Державний Комiтет Укра1ни з нафти i газу. - К., 1994. -95 с.
7. Правила технической эксплуатации резервуаров и инструкции по их ремонту / Госкомнефтепродукт СССР, утв. 26.12.1986 г.
8. Руководство по обследованию и дефектоскопии стальных вертикальных резервуаров (РД-95) / Госкомнефтепродукт России. - Астрахань, 1995. - С. 145.
9. Инструкция по техническому надзору, методам ревизии и отбраковке трубчатых печей, резервуаров, сосудов и аппаратов нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств / ИТН-93. - Волгоград, 1995. - С. 189.
10. ДБН В.1.2-2:2006 Нагрузки и воздействия. Нормы проектирования. - Взамен СНиП 2.01.01-85; Введ. 01.01.2007 / Минстрой Украины. - Киев, 2006. - 78 с.
11. Металлические конструкции. Справ. проектировщика / Под ред. ак. Н. П. Мельникова. -М. : Стройиздат, 1980. - 776 с.
12. ПР-001 Правила проектирования и устройства вертикальных цилиндрических стальных резервуаров для нефти и нефтепродуктов. - М. : ЦНИИПСК, 1997. - 75 с.
13. Кшаш Р. I. Аеродинамiчнi до^дження тандему з двох колових цилiндрiв / Р. I. Кшаш, О. €. Копилов // Теорiя i практика будiвництва: Вюник НУ „ЛП". - 2002. - № 441. - С. 8594.
14. CEN/TC 250/SC3/PT4 Eurocode 3: Design of steel structures. Part 1-6: General Rules: Supplementary Rules for Shell Structures. - Brussels : Centr. Secr., 1999. - 83 p.
15. Евкин А. Ю. Новый подход к асимптотическому анализу устойчивости и закритического поведения строго выпуклых пологих оболочек / А. Ю. Евкин. - Днепропетровск : ДИСИ. - 1988. -17 с. - Деп. в УкрНИИНТИ 01.07.88, N 1710.
16. Евкин А. Ю. Закритическое деформирование и оценка устойчивости реальных цилиндрических оболочек при внешнем давлении / А. Ю. Евкин, В. Л. Красовский // Прикладная механика. - 1991. - T. 27. - N 3. - С. 76-83.
17. Сафарян М. К. Исследование геометрической формы стальных вертикальных цилиндрических резервуаров / М. К. Сафарян, Н. М. Писанко // Сб. науч. трудов ВНИ№тройнефть. - 1957. - Вып. IX. - С. 14-23.
18. Сафарян М. К. Металлические резервуары и газгольдеры / М. К. Сафарян. - М. : Недра, 1987. - 200 с.
УДК 624.011.1:378.147.88
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ РЕШЕНИЙ ПОДКРАНОВОГО КОМПЛЕКСА
Н. Г. Братусь, к. т. н., доц., П. В. Янкин, асс.
Ключевые слова: подкрановая балка, узел крепления балки к колонне, крепление подкрановых рельсов, крепление тормозных систем.
Постановка проблемы. Конструкции подкранового комплекса в каркасе промздания являются наиболее уязвимыми элементами. Об этом свидетельствуют:
- дефекты, которые появляются в процессе эксплуатации в подкрановых балках, тормозных конструкциях, узлах крепления балок к колоннам и узлах крепления подкрановых рельсов к балкам;
- огромные средства, затрачиваемые предприятиями на ремонт для поддержания конструкций подкранового комплекса в работоспособном состоянии;
- сотни кандидатских диссертаций и патентов по совершенствованию конструктивных решений балок и уточнению методик их расчета.
Анализ исследований и публикаций. Очевидно, нужно считать, что подкрановая балка является почти машиностроительной конструкцией, требующей к себе чуть больше внимания, чем колонна или ферма.
На кафедре металлических, деревянных и пластмассовых конструкций ГВУЗ ПГАСА накоплен более чем 50-летий опыт расчета, обследования, ремонта и усиления конструкций подкранового комплекса [6]. По этим вопросам на кафедре М и ДК защищен ряд кандидатских диссертаций, выполнены проектные разработки по усилению и ремонту с доведением до внедрения в производство. 28
Известны и вошли в нормативные документы работы И. Е. Спенглера по вопросам устойчивости стенок подкрановых балок. Автор много труда вложил в обследование, а также в изучение действительной работы и способов усиления подкрановых балок в условиях действующего производства [2]. Под его руководством были защищены кандидатские диссертации по совершенствованию методики расчета подкрановых балок О. Ф. Иванковым, А. М. Михайловым и В. П. Хлебородовым.
О. Ф. Иванковым [1; 4; 5] разработана методика по учёту влияния местных напряжений в стенках балок в зоне сопряжения стенки и верхнего пояса при нагружении подкрановых балок по оси стенки и с эксцентриситетом.
Для разработки методики расчета на усталость И. Е. Спенглер и О. Ф. Иванков сконструировали устройство и провели ряд испытаний натурных балок на пульсирующую неподвижную нагрузку.
Работы А. М. Михайлова посвящены изучению работы подкрановых балок из двух марок стали [3].
0. Р. Незальзов, В. М. Савело более 10 лет посвятили разработкам устройств для испытаний натурных балок на подвижную нагрузку с целью совершенствования методики расчета на выносливость. Работоспособное устройство с давлением подвижного катка 100 кН не имело аналогов в СССР, при уникальных испытаниях балок был получен ряд трещин. Для повышения надежности балок О. Р. Незальзов предложил также подкрановую балку с клиновидной вставкой (рис. 1). О. Р. Незальзов и В. М. Савело разработали и внедрили ряд способов усилений подкрановых балок тяжелого режима работы.
В. П. Хлебородов разработал методику расчета коробчатых балок на кручение с учетом влияния длинных и коротких диафрагм и доказал тождественность этой задачи уравнениям балок на упруго оседающих опорах [4].
Изложение основного материала
1. Узлы опирания подкрановых балок и их крепление к колоннам. Опыт эксплуатации показывает, что узлы посадки балок на колонны должны быть такими, чтобы выверять и рихтовать не подкрановый рельс, а подкрановую балку, так как при рихтовке рельсов и смещении их с оси стенки балки до 30-50 мм рис у происходит разрушение поясных сварных швов у верхнего пояса.
Из анализа результатов обследования узлов крепления подкрановых балок к колоннам выявлено, что шарнирные узлы крепления с вертикальными листовыми шарнирами пригодны в зданиях с кранами грузоподъемностью до 10 т, групп режима работы не более 4 К. Как показали результаты обследований, в зданиях с мостовыми кранами грузоподъемностью более 20 т, при многократных перегибах вертикальных листовых деталей в них появляются трещины, а затем происходит их полное разрушение через 10-20 лет эксплуатации.
Наиболее надежно работают шарнирные узлы крепления подкрановых балок с горизонтальными деталями по серии 1.426.2. Нами разработана и внедрена модификация этого решения с листом, обхватывающим верхнюю часть колонны в виде скобы. Решение пригодно для колонн среднего ряда с малой шириной надкрановой части, например, в цехах старой проектировки, где в качестве надкрановой части использовались, как правило, швеллеры № 30 с шириной надкрановой части около 300 мм. Для крепления подкрановых балок к колоннам крайних рядов авторами разработаны модификации типовых решений с фигурными деталями крепежа.
В настоящее время не решены проблемы рихтовки балок и уменьшения раскрытия верхней части балок в узле опирания на колонну при нагружении балок вертикальными нагрузками. Все привыкли к типовым узлам опирания стропильных ферм на колонны. Давайте разработаем и привыкнем к типовому узлу опирания подкрановых балок на колонны (рис. 2). Предлагаем высоту типового узла опирания ограничить в пределах 400...700 мм в зависимости от пролета балок и грузоподъемности мостовых кранов. При такой небольшой высоте опорной части балки значительно увеличивается толщина стенки балки, уменьшается раскрытие верхней части узла и сравнительно легко решается задача выверки или рихтовки балки вместе с подкрановыми рельсами (рис. 2).
Г
Рис. 2. Предлагаемый узел крепления подкрановой балки
Устройство для крепежа балки к колонне выполнено в виде сварного тавра. Стенка 1 тавра входит между подкрановыми балками, а полка 2 присоединяется к колонне. В проектах предлагаемого типового узла необходимо предусматривать зазор до 20 мм между колонной и полкой 2 тавра. При рихтовке этот зазор можно уменьшить и передвинуть балку ближе к колонне; зазор, при необходимости, можно и увеличить с помощью дополнительных прокладок 3. Обычно рихтовка в плане проводится в пределах 40 мм. В стенке 1 тавра должны быть овальные вертикальные отверстия, которые позволяют выполнять рихтовку балок по высоте, при этом под опорные ребра балок следует установить подкладки 4. В процессе монтажа подкрановые балки можно сначала закрепить к колоннам только по нижним поясам, затем вставить между балками предлагаемые тавровые узлы крепежа, а после установки соединительных болтов на вертикальных опорных ребрах выполнить окончательную рихтовку балок. В нижнем поясе подкрановой балки для возможности рихтовки балки поперек пролёта необходимо предусмотреть овальные отверстия.
Для возможности смещения балок по отношению к тормозной конструкции рекомендуется тормозной лист вдоль одной из продольных кромок крепить к поясу балки на болтах. Для этого к верхнему поясу балки можно приварить листовые детали с овальными отверстиями,
расположенными поперек балки. Шаг овальных отверстий должен обеспечить совместную работу тормозного листа с балкой при воздействии боковых сил.
О величине зазора между концевой балкой крана и колонной
Анализ данных обследования показал, что после произведенных мероприятий по выверке или рихтовке подкрановых рельсов:
- концевые балки мостовых кранов при передвижении вдоль пролета иногда задевают тело колонн;
- имеются случаи повреждений колонн и даже разрушения полок колонн с образованием сквозных трещин;
- зазор между концевой балкой крана и колонной, как правило, меньше планируемого 60...75 мм по ГОСТ.
Рекомендуем при проектировании каркаса увеличить проектный зазор между концевой балкой крана и колонной и назначать его не менее 100 мм, или на 25-30 мм больше, чем по ГОСТ.
2. Крепление подкрановых рельсов к балкам. Для крепления подкрановых рельсов типа Р43 и Р50 при выполнении ремонтов подкрановых балок ОАО «ДЗМК им. Бабушкина» нами разработаны и внедрены эксклюзивные узлы крепления на прижимных планках (рис. 3).
Позиция 1 заранее сваривается с поз. 2, образуя марку А1, а марка А2 приваривается к А1 после рихтовки балки, для возможности рихтовки марка А1 снабжена овальными отверстиями.
При рихтовке подкранового рельса по высоте с увеличением зазора между рельсом и верхним поясом балки до 140 мм нами использовано типовое решение на прижимных планках. Особенностью разработанного решения является дополнительная укладка на пояс балки по высоте как минимум одного непрерывного листа толщиной на 1-2 мм больше высоты головки крепежного болта. Затем требуемая высота рихтовки рельса корректируется с помощью подкладок.
3. Крепление тормозных листов к верхним поясам подкрановых балок. С целью долговечности и удобства в эксплуатации рекомендуем применять только сплошностенчатую тормозную конструкцию.
В настоящее время крепление тормозных листов к верхним поясам подкрановых балок осуществляется на монтаже, как правило, только верхними односторонними сварными швами. После 10-20 лет эксплуатации вследствие вертикальных перемещений балок при нагружении от мостовых кранов происходит сначала частичное, а затем полное отделение тормозного листа от верхнего пояса. Состояние балок становится ограниченно работоспособным. Имело место падение оторванных листов с балок, состояние балок становится аварийным.
Р43
А! (поз 1)
"к
"г í
. Л к—т,
АР
Ж.
^ 4-2 ь* 42
,5 [ I 1 1г;
4-п
Г 1 1Г) со т 1Л
жхн НХИ! 1 4-1 1Л 1Л т 1Г) 1п
Рис. 3. Крепление релъса Р43 на прижимных планках
Авторы разработали сварное крепление тормозных листов с волнистым резом вдоль балки (рис. 4).
Рис. 4. Крепление тормозных листов с волнистым резом
На монтаже выполняется сварка таких тормозных листов в нижнем положении сначала прерывистыми швами для предупреждения деформаций балки, а затем, после остывания металла балки, варят непрерывный шов. По такой технологии исключаются потолочные швы, что ускоряет монтаж и снижает трудоемкость выполнения работ. По разработанным авторами деталировочным чертежам ремонта тормозных систем на ОАО «ДЗМК им. Бабушкина» в 2005-2008 гг. выполнено усиление более 1 000 м балок.
В настоящее время в ПГАСА проводятся исследования параметров волнистого реза тормозных листов для обеспечения требуемой надежности узла крепления листа к верхнему поясу подкрановых балок.
4. Крепление тормозных систем к стойкам фахверка. Многочисленные разрушения узлов крепления тормозных листов к стойкам фахверка, обнаруженные нами при обследовании, позволяют сделать вывод о нецелесообразности выполнения такого крепежа. При вертикальных перемещениях подкрановой балки фахверк не деформируется. В результате возникающих изгибных деформаций в узле крепления появляются трещины как в тормозном листе, так и в деталях узла крепления. Подкрановая балка после разрушения узла работает без тормозной конструкции, и ее состояние становится ограниченно работоспособным, а при нагружении расчетными нагрузками -аварийным.
Нами разработаны и внедрены тормозные системы, в которых тормозной швеллер пропускается в отверстие стенки двутавра фахверковой стойки, причем швеллер не присоединяется к стойке фахверка. Сечение тормозного швеллера рассчитано на пролет, равный пролету подкрановой балки.
Выводы. В типовых сериях для узлов крепления не предусмотрена выверка балок, поэтому установка подкранового рельса в проектное положение осуществляется смещением его по вертикали и горизонтали. Этот процесс весьма трудоемкий, занимает много времени и связан, как правило, с необходимостью остановки производства. Кроме того, при смещении рельса с оси стенки балки возникают дополнительные усилия в балке, что приводит к разрушению верхних поясных швов или стенки балки. Предложенный нами узел крепления подкрановых балок к колоннам позволяет выполнять выверку и рихтовку балок без смещения рельса с оси стенки балки. Это значительно снижает количество времени, затрачиваемое на рихтовку, а так же предотвращает появление дополнительных усилий в балке от смещения рельса с оси стенки.
Крепление тормозных листов к подкрановым балкам с помощью волнистого реза значительно увеличивает несущую способность такого узла крепления. Кроме того, такой узел сокращает время, необходимое на монтаж, так как нет необходимости варить дополнительный потолочный шов.
ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА
1. Иванков О. Ф. К вопросу о напряженном состоянии стенок сварных подкрановых балок / О. Ф. Иванков. // В сб. науч. тр. Днепропетр. инж.-строит. ин-та. - 1963. - Вып. 31. - С. 95118.
2. Спенглер И. Е. Примеры экспериментального исследования металлоконструкций в условиях эксплуатации / И. Е. Спенглер // В сб. «Экспериментальные исследования инженерных сооружений». - 1969. - № 4. - С. 63-64.
3. Михайлов А. В. Экспериментальное исследование работы балок из двух марок стали / А. В. Михайлов // В сб. «Экспериментальные исследования инженерных сооружений». - 1969. - № 4. - С. 63-64.
4. Иванков О. Ф. О кручении коробчатых балок с поперечными деформируемыми диафрагмами / О. Ф. Иванков, В. П. Хлебородов // В сб. «Легкие строительные конструкции покрытий зданий». - 1977. - № 4. - С. 125-131.
5. Иванков О. Ф. Экспериментально-теоретическое исследование напряжений в стенках балок при помощи оптического метода и метода электротензометрии / О. Ф. Иванков, И. Е. Спенглер // В сб. «Экспериментальные исследования инженерных сооружений». - 1969. - № 4. - С. 65-69.
6.
ольшаков В. И. Обследования промзданий ОАО «ДЗМК им. И. В. Бабушкина» / В. И. Большаков, [Е. П. Лукьяненко], Н. Г. Братусь //Вюник Придшпровсько! державно! академн буд1вництва та архгтектури. - 2007. - № 1 . - С. 4-10.
УДК 624.014.2
УСОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДИКИ РАСЧЕТА БОЛТОВЫХ СОЕДИНЕНИЙ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТАЛЛИЧЕСКИХ КОНСТРУКЦИЙ
В. П. Хлебородов, к. т. н., доц., Ю. В. Федоряка, к. т. н.
Ключевые слова: болтовое соединение, расчет, конструирование, требуемое количество болтов.
Постановка проблемы. Объект исследования - болтовые соединения, применяемые в стыках металлических балок, стержнях рам, арок и комбинированных систем. Рассматриваются соединения при раздельном и совместном действии на стык продольной силы Ы, поперечной силы Q, изгибающего моментаМ, вызывающих сдвиг соединяемых элементов.
Анализ исследований. При расчете болтовых соединений используют те же исходные положения, что и для заклепочных соединений. При определении требуемого количества болтов в соединениях, подверженных одновременному действию момента, продольной и поперечной сил, используют формулы и таблицы, рекомендуемые для расчета заклепочных соединений [1].
На рисунке 1, а приведена схема болтового соединения двух стальных листов, перекрытых двумя стыковыми накладками.
