РАСЧЕТНЫЕ СЛУЧАИ НАГРУЖЕНИЯ.
ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ
Применяемые стали подразделяются на две группы: стали углеродистые обыкновенного качества и стали повышенной прочности. Эксплутационные характеристики сталей зависят от их химического состава, вида и толщины проката.
Сталь обыкновенного качества поставляется с химическим составом по ГОСТ 380—94. Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки. Для изготовления несущих металлоконструкций используются преимущественно стали спокойной плавки Ст.ЗспЗ и Ст.ЗГспЗ. Механические характеристики проката в зависимости от его вида и толщины регламентируются:
- ГОСТ 535—88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.
- ГОСТ 14637—89. Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия.
Стали повышенной прочности (низколегированные) по химическому составу и механическим характеристикам поставляются по ГОСТ 19281—89. Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия.
Наиболее применяемыми являются стали марки 09Г2-12; 09Г2С-12; 15ХСНД-12; 10ХСНД-12.
Применяются в основном следующие виды проката:
- ГОСТ 82—70*. Прокат стальной горячекатаный широкополосный универсальный. Толщина проката от 6 до 60 мм при ширине от 200 до 1050 мм.
- ГОСТ 1903—74*. Прокат листовой горячекатаный. Сортамент. Толщина листов от 0,4 мм до 160 мм, ширина от 500 мм до 3800 мм, длина листа до 9000 мм.
- ГОСТ 8239—89. Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент.
- ГОСТ 8240—89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент.
- ГОСТ 8278—83*. Швеллеры стальные гнутые равнополочные. Сортамент.
- ГОСТ 8509—93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент.
- ГОСТ 8510—86*. Уголки стальные горячекатаные не-равнополочные. Сортамент.
Области применения некоторых наиболее используемых марок сталей в зависимости от вида и толщины проката и минимальной температуры эксплуатации приведены в табл. 1.1.
Для кранов, эксплуатируемых при температуре не ниже минус 20°С, применение низколегированных сталей может оказаться целесообразным для изготовления металлоконструкций кранов большой грузоподъемности и больших пролетов, так как в этих случаях может быть достигнуто снижение веса крана. В металлоконструкциях этих типов допускается сочетание низколегированных и малоуглеродистых сталей.
При оценке целесообразности замены малоуглеродистой стали сталью низколегированной следует иметь в виду, что стоимость сталей 09Г2 и 09Г2С выше стоимости стали СтЗспЗ примерно на 10%, а сталей 15ХСНД и 10ХСНД соответственно на 15 и 25%.
Таблица 1.1 - Области применения проката из наиболее распространённых марок конструкционных сталей
| Марка стали | ГОСТ на химический состав | ГОСТ на технические условия | Вид* и толщина, мм, проката при температуре эксплуатации, °С, не ниже | |
| —20° С | -40° С | |||
| Ст.3сп4 Ст.3сп5 | 380- 94 | 535-88 | Ф до 25 | Ф до 10 |
| 14637-89 | Л до 25 | Л до 10 | ||
| Ст.Зспб | 380-94 | 14637-89 | Л до 40 | |
| Ст.ЗГсп5 | 380-94 | 535-88 14637-89 | Л, Ф от 11 до 30 | |
| Ст.ЗГсп6 | 380-94 | 14637-89 | Л от 11 до 30 | |
| 09Г2-12 | 19281-89 | Л до 32 | ||
| Ф до 20 | ||||
| 09Г2С-12 | Л до 60; Ф до 25 | |||
| 15ХСНД-12 | Л до 32; Ф до 20 | |||
| 10ХСНД-12 | Л до 40; Ф до 15 |
* Обозначения: Ф — фасонный прокат (горячекатаные уголки, швеллеры, двутавры), Л — листовой прокат.
Низколегированные стали более чувствительны к концентрации напряжений и, следовательно, при разработке конструкций и технологии изготовления должны быть предусмотрены специальные меры понижения концентрации напряжений, особенно для кранов режимных групп А6...А8 (ИСО 4301/1. Краны грузоподъемные. Классификация.), для которых лимитирующим фактором может явиться усталость металла.
Нецелесообразно использование низколегированных сталей в тех случаях, когда лимитирующим фактором является жесткость конструкции, так как модули упругости всех сталей практически одинаковы, и, следовательно, одинаковыми в этом случае будут и поперечные сечения несущих элементов.
В зависимости от механических характеристик, гарантированных Государственными стандартами, стали можно подразделять по классам и группам прочности.
Класс прочности обозначается величиной предела текучести 
в МПа, группа прочности - величиной временного сопротивления разрыву 
, МПа. Стандартные значения и принимаются как нормативные сопротивления. Расчетные сопротивления принимаются с учетом возможной неравномерности свойств сталей и вида напряженного состояния. Нормативные и расчетные сопротивления листового и фасонного проката приведены в табл. 1.2, формулы для определения расчетного сопротивления — в табл. 1.3. Вспомогательные (нерасчетные) элементы металлоконструкций (лестницы, перила, настилы и т. д.) можно изготовлять из сталей марок СтЗпс2, СтЗпс5 по ГОСТ 380—94 с толщиной проката до 30 мм при температуре эксплуатации не ниже — 20°С; с толщиной до 10 и 20 мм соответственно при температуре не ниже —40°С и с толщиной до 5 и 10 мм соответственно при температуре не ниже —65°С.
При расчетах следует принимать следующие физические характеристики стали:
- модуль упругости E=2,06·105, МПа;
- модуль сдвига G=0,78·105, МПа;
- коэффициент поперечной деформации (Пуассона) ν= 0,3;
-коэффициент линейного расширения α=0,12·10-4, °С-1.
| Марка стали | ГОСТ на прокат | Толщина проката, мм | Нормативные сопротивления, МПа | Расчетные сопротивления, МПа | ||||||
| Листового | Фасонного | Листового | Фасонного | |||||||
| RУП | RИП | RУП | RИП | RУ | RИ | RУ | RИ | |||
| Ст. 3 сп | 535-88 14637-89 | до 10 вкл | ||||||||
| св. 10 до 20 вкл. | ||||||||||
| св. 20 до 25 вкл. | ||||||||||
| Ст. 3 Г сп | 14637 89 | до 20 вкл. | - | - | - | - | ||||
| св. 20 до 40 вкл. | - | - | - | - | ||||||
| 09Г2 | 19281-89 | до 20 вкл. | ||||||||
| св. 20 до 32 вкл. | ||||||||||
| 09Г2С | 19281-89 | до 10 вкл. | ||||||||
| св. 10 до 20 вкл. | ||||||||||
| св. 20 до 32 вкл. | ||||||||||
| 15ХСНД | 19281 89 | до 10 вкл. | ||||||||
| до 32 вкл. | ||||||||||
| 10ХСНД | 19281-89 | до 40 вкл. (лист) до 15 вкл. (фасон) |
Таблица 1.2 - Нормативные и расчетные сопротивления некоторых марок для листового и фасонного проката сталей [4, 5]
Таблица 1.3 - Формулы для определения расчетного сопротивления проката[4]
| Напряженное состояние и его условное обозначение | Формула | ||
| Растяжение, сжатие, изгиб | По пределу текучести | RУ | 
|
| По временному сопротивлению | RИ | 
| |
| Сдвиг (срез) | RS |  
| |
| Растяжение в направлении толщины проката (до 60 мм) | Rth | 
| |
| Смятие местное в цилиндрических шарнирах (цапфах) при плотном касании | Rlp | 
|
Примечания. 1. За нормативное сопротивление RУП и RИП принимают соответственно значения предела текучести и временного сопротивления по соответствующим стандартам и техническим условиям на марки материала и вид проката.
2.γm— коэффициент надежности по материалу; для сталей с пределом текучести до 380 МПа γm =1,05; при >380МПа γm =1,1.
1.3. СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Сварочные материалы, применяемые для сварки несущих конструкций грузоподъемных кранов, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения не ниже нижнего предела механических свойств основного металла, установленного для данной марки стали Государственным стандартом или техническими условиями.
При выборе материалов необходимо, чтобы временное сопротивление наплавленного металла обеспечивалось в пределах 110—125% от сопротивления свариваемых сталей. Типы сварных швов должны соответствовать действующим стандартам.
Рекомендуемые сварочные материалы приведены в табл. 1.4.
Таблица 1.4 - Сварочные материалы [5]
| Стали для сварки несущих конструкций | Электроды | Марка флюса | Марка сварочной проволоки для сварки | ||
| Тип | Марка | под флюсом | в среде углекислого газа | ||
| Расчетная температура до — 20°С | |||||
| Углеродистые | Э42А Э46А Э42 Э42 | УОНИ 13/45 УОНИ 13/45 ОЗС-4 АНО-4 | АНЦ-1 АН-348А ОСЦ-45 — | СВ-08ГА СВ-08ГА СВ-08ГА - | СВ-08Г2С СВ-09Г2СЦ ПП-АН8 ПП-АНЗ |
| Расчетная температура до — 40°С | |||||
| Низколегированные | Э50А Э50А Э50А | УОНИ- 13/75 АНО-10 АНО-30 | АН-47 АН-47 АН-60 | СВ-08ГА СВ-10Г2 СВ-10Г2 | СВ-08Г2С СВ-09Г2СЦ ПП-АН4 |
Расчетные сопротивления сварных соединений в зависимости от вида соединения и напряженного состояния следует определять по формулам, приведенным в табл.1.5. Для стыковых соединений указаны формулы при автоматической или ручной сварке с физическим контролем качества.
Значения RWИП для швов, выполненных ручной сваркой, принимают по табл. 1.6, автоматической или полуавтоматической — по табл. 1.7.
Таблица 1.5 - Формулы для определения расчетных сопротивлений сварных соединений [4]
| Сварные соединения | Напряженное состояние | Условные обозначения | Расчетное сопротивление сварных соединений | ||
| Стыковые | Сжатие, растяжение, изгиб | по пределу текучести | 
| 
| |
| по временному сопротивлению |
| 
| |||
| Сдвиг | 
| 
| |||
| С угловыми швами | Срез (условный) по металлу | шва | 
| 
| |
| границы сплавления | 
| 
| |||
* При условии полного провара соединяемых элементов;
** значение коэффициента надежности по материалу 
следует принимать равным 1,25 при значении нормативного сопротивления металла шва 
не более 490 МПа; 1,35 - при значениях =590 МПа и более.
Таблица 1.6 - Нормативные и расчетные сопротивления металла угловых швов сварных соединений, выполненных ручной сваркой [4]
| Сварочные материалы |
МПа
|
МПа
| |
| Тип электрода (ГОСТ 9467-75) | Марка проволоки | ||
| Э42, Э42А Э46, Э46А Э50, Э50А | Св-08, Св-08А, Св-08ГА Св-ЮГА, Св-08Г2С Св-08Г2СЦ, ПП-АН8, ПП-АНЗ |
Таблица 1.7 - Нормативные сопротивления металла швов, выполненных автоматической или полуавтоматической сваркой [4]
| Марка проволоки (ГОСТ 2246—70) для автоматической и полуавтоматической сварки | Марка порошковой проволоки (ГОСТ 267 1-84) | Значения нормативного сопротивления металла шва МПа
| |
| Под флюсом (ГОСТ 9087-81) | В углекислом газе (ГОСТ 8050-85) | ||
| Св-08, Св-08А Св-08ГА Св-10ГА Св-10НМА Св-10Г2 | - Св-08Г2С Св-08Г2СЦ Св-08Г2С Св-08Г2СЦ | - - ПП-АН8 ПП-АНЗ - | 590* - |
* При сварке проволокой Св-08Г2С и Св-08Г2СЦ значение =590 МПа следует принимать только для угловых швов с катетом 
<8 мм в конструкциях из стали с пределом текучести 440 МПа и более.
МЕТОДЫ РАСЧЕТА
В соответствии с ГОСТ 28609—90 [7] расчеты металлоконструкций грузоподъемных кранов должны проводиться по методу предельных состояний.
ПЕРВОЕ предельное состояние — потеря несущей способности по условиям:
- разрушения (хрупкого, вязкого, усталостного) элемента или соединения конструкции;
- достижения состояния, при котором дальнейшее увеличение нагрузок приведет к переходу конструкции или ее элемента в изменяемую систему (например, вследствие потери устойчивости формы или достижения напряжениями в отдельных зонах сечения предела текучести.)
Основная расчетная зависимость при проверочных расчетах:
(2.1)
при проектных расчетах
(2.2)
где 
— нормативные значения внешних нагрузок для принятого расчетного случая; 
— усилие (момент) в рассчитываемом элементе (сечении) при 
— коэффициенты надежности по нагрузке (коэффициенты перегрузки), учитывающие возможность отклонения действительной величины нагрузки от ее нормативного значения; Ф — геометрический фактор, зависящий от вида деформации элемента (площадь поперечного сечения, момент сопротивления и др.); R— расчетное сопротивление материала при данном виде деформации (табл. 1.2); 
— коэффициент неполноты расчета, учитывающий: степень ответственности рассчитываемого элемента, зависящую от возможных последствий его разрушения; отклонение фактических геометрических размеров конструкции от проектных; качество изготовления конструкций; несовершенства расчета, связанные с неточностью расчетных схем, неполнотой методов расчета и др.
ВТОРОЕ предельное состояние - потеря несущей способности по условиям:
- возникновения деформаций, препятствующих нормальной эксплуатации крана при сохранении несущей способности по условиям первого предельного состояния;
- возникновения длительных незатухающих колебаний, препятствующих достижению необходимой точности работы (для монтажных кранов) и оказывающих неблагоприятные воздействия на машиниста крана.
Расчетные зависимости второго предельного состояния:
(2-3)
(2-4)
Где 
— расчетная комбинация нормативных нагрузок ( 
); С — коэффициент жесткости конструкции; 
— фактическое (расчетное) время затухания колебаний конструкции после подъема груза; 
и 
— предельные величины упругого прогиба и времени затухания колебаний.
РАСЧЕТНЫЕ СЛУЧАИ НАГРУЖЕНИЯ.
Дата добавления: 2019-02-07; просмотров: 617;