Горизонтальные тормозные балки
Тормозные балки большей частью выполняются из рифленой стали толщиной 6 — 10 мм, с одним поясом, выполненным из швеллера или уголка.
Вторым поясом является верхний пояс подкрановой балки. При пролете балки 12 м и более наружный пояс тормозной балки обычно подвешивают к вышележащим конструкциям; не рекомендуется в этом случае поддерживать его подкосом, присоединенным к нижнему поясу балки, так как при наличии подкоса подкрановая балка при движении крана начинает колебаться в горизонтальной плоскости.
Тормозные балки
Возможно также прикрепление пояса тормозной балки в пролете между колоннами к стойке стенового каркаса при помощи листового шарнира толщиной 4 — 6 мм. Наконец, можно поставить легкую вертикальную ферму в плоскости пояса тормозной балки с устройством связей и по нижнему поясу подкрановой балки.
Такая конструкция особенно рациональна в открытых эстакадах, где она значительно повышает боковую жесткость балки, образуя пространственный брус. Для удобства прохода ширина тормозной балки должна составлять не менее 750 мм. При двух подкрановых балках тормозной лист соединяет верхние пояса обеих балок.
В случае, если расстояние между балками превышает примерно 1,2 м, рационально устраивать тормозную ферму, заменяя лист решеткой из уголков с уложенным на них деревянным настилом. Такая конструкция не допускается в горячих цехах, где проход устраивают по рифленому уложенному сверху настилу шириной не менее 600 мм.
Тормозная ферма
Конструкция прикрепления тормозной балки показана на фигуре а. В случае, если лист тормозной балки имеет отношение h0/δ > 100, на нем снизу ставят поперечные ребра из уголка 75 X 6 или полосы 100 X 8 через 2h. Соединение листа тормозной балки с верхним поясом подкрановой балки осуществляется на монтаже при помощи сварки сплошным швом на всю толщину листа с обязательным применением качественных электродов типа Э42А.
Это необходимо потому, что шов, участвуя в работе на изгиб всей балки, работает также и на распор листа. В клепаных конструкциях указанное крепление осуществляется на заклепках, располагаемых с максимальным шагом.
Прикрепление подкрановых балок к колоннам
В местах примыкания тормозных балок к колоннам не следует заводить листы внутрь колонны вследствие возможных затруднений на монтаже. Вместе с тем эти листы должны быть надежно приварены или приклепаны к ребрам колонны с тем, чтобы передать усилие от торможения на стенку колонны. В цехах с тяжелым режимом работы это прикрепление рассчитывается на реакцию горизонтальных сил, умноженных на коэффициент α, значения которого принимаются по таблице Значение коэффициентов а для определения боковых сил от крановых мостов.
На рисунке показана конструкция примыкания к колонне тормозной фермы.
Опирание подкрановых балок на колонны
Опирание подкрановых балок на колонны большей частью осуществляется сверху по одному из двух вариантов:
Опирание на колонны подкрановых балок одинаковой высоты
Опирание подкрановых балок разной высоты осуществляется по схемам, показанным на фигуре, а и б; при этом в уменьшенном сечении балки необходимо проверять стенку на касательные напряжения от опорной реакции.
Длина горизонтального опорного листа определяется из условия прикрепления на полную сдвигающую силу, действующую на длине выреза стенки.
Опирание на колонны подкрановых балок разной высоты
Крепление подкрановых балок к стальным колоннам обычно осуществляется по типу, показанному на фигуре. Для балок высотой более 1,2 м рекомендуется, а в цехах с тяжелым режимом работы обязательно ставить опорные диафрагмы. Прикрепление этих диафрагм в зданиях с тяжелых режимом работы осуществляется заклепками и рассчитывается на усилие, определяемое по формуле
где Qт — реакция тормозной балки, умноженная на коэффициент а по табл. 27;
а — расстояние от головки рельса до центра заклепочного соединения.
Для регулирования высоты головки рельса желательно предусматривать у балок опорные плиты, привариваемые после монтажа. Вертикальные болты, прикрепляющие подкрановые балки к колоннам, проверяются на срез от усилия продольного торможения кранов, определяемого по формуле
где ∑Р — сумма давлений всех тормозных колес кранов на балку (число тормозных колес обычно равно половине всего числа колес кранов).
Крепление стальных подкрановых балок к железобетонным колоннам
Диаметр отверстий для болтов в опорной плите делают на 3 — 5 мм больше диаметра болтов, а шайбу плотно надевают на болты и приваривают на монтаже. Крепление стальных подкрановых балок к железобетонным колоннам или кирпичным пилястрам осуществляется по типу, показанному на фигуре.
«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов
Тормозные балки. Расчет их.
Тормозные балки обеспечивают устойчивость подкрановых балок и воспринимают тормозные усилия мостовых кранов. Закрепляются к поясам подкрановых балок и в верху приваривается стальной лист для прохода вдоль подкрановых путей. При шаге колонн 6 м верхние пояса подкрановых балок связывают тормозными балками только в связевых шагах колонн. При тяжёлом режиме работы кранов к подкрановым балкам средних колонн приваривают крестовые связи. При ширине тормозных конструкций (расстоянии от оси балки до наружной грани тормозной конструкции на крайних рядах или до оси смежной балки на средних рядах) до 1,25 м обычно применяются тормозные балки со стенкой из рифленого листа толщиной 6-8 мм. Применяются также тормозные балки, выполненные из гнутого листа. Для крайних рядов поясами тормозной балки являются верхний пояс подкрановой балки и окаймляющий швеллер или пояс вспомогательной фермы. При пролете балок 12 м наружный пояс крепится к стойке фахверка. Для того чтобы горизонтальные смещения балок не передавались на стену здания, это крепление выполняется с помощью листового шарнира. По средним рядам поясами тормозной балки являются верхние пояса балок смежных пролетов.
Листы тормозных балок приваривают к поясам сплошным швом с подваркой с нижней стороны. Для обеспечения местной устойчивости и предотвращения случайных прогибов тормозные листы снизу укрепляют ребрами жесткости сечением не менее 65×6; шаг ребер 1,5-2 м.
В зданиях с кранами особого режима работы независимо от ширины тормозных конструкций обычно применяют тормозные балки, используемые как площадки для прохода и обслуживания путей и кранов. Чтобы избежать чрезмерных колебаний нижних поясов подкрановых балок, их свободная длина не должна превышать 12 м. Для этого между нижними поясами балки и вспомогательной фермы устанавливают легкие связевые фермы, все элементы которых подбирают по предельной гибкости. При кранах особого режима работы гибкость поясов должна быть не более 150.
При блочном методе монтажа между балками предусматривают вертикальные связи, обеспечивающие жесткость блока при кручении.
Поможем написать любую работу на аналогичную тему
Тормозной настил подкрановой балки для чего нужен
Для предупреждения аварий при работе крана у торцов здания крановые пути снабжаются устройством, автоматически включающим торможение, и ограничиваются концевыми упорами типа железнодорожных тупиков. Концевые упоры привариваются к подкрановой балке так, чтобы сила удара была передана через концевое опорное ребро на каркас здания. Для смягчения удара они снабжаются брусчатыми или пружинными амортизаторами.
Разрезные подкрановые балки опираются на консоли рядовых колонн строганой нижней кромкой рядовых опорных ребер. Одно из ребер усилено планкой толщиной 6 мм примерно на 2/3 высоты. В пределах этой планки расположены соединительные болты. На консоль колонны у торца температурного отсека подкрановая балка опирается через центрирующую планку; концевые опорные ребра привариваются к стенке и поясам балки. Опирание разрезных подкрановых балок аналогично последнему.
Конструкция крепления верхнего пояса разрезных балок к колоннам гибкая. Она предусматривает возможность поворота опорного сечения вокруг горизонтальной оси и перемещения верха балок. В неразрезных балках это крепление жесткое на сварке. Крепление нижнего пояса к консолям колонн выполняется в обоих случаях на болтах, к консолям связевых колонн — на болтах и монтажной сварке.
При опирании стальных балок на унифицированные железобетонные колонны консоли последних снабжаются специальными закладными плитами и стальными подставками, компенсирующими разность высоты стальных и железобетонных подкрановых балок.
В зданиях с легким и средним режимом работы верхние пояса подкрановых балок развязываются тормозными балками только в связевых шагах колонн и тормозными фермами — в рядовых двенадцатиметровых шагах колонн, при устройстве проходов и применении опорных кранов грузоподъемностью более 75 т. В зданиях с тяжелым режимом работы тормозные балки укладываются на всем протяжении.
Для прохода по тормозным фермам укладывается специальный настил. В этих же целях стенки тормозных балок выполняются из рифленой стали толщиной 6—10 мм. Проходы шириной 0,7 м по всей длине огораживаются.
При раздельном монтаже балок и тормозных конструкций тормозные фермы изготавливаются шестиметровыми отправочными марками со съемными параллельными поясами. При монтаже балок блоками, совместно с тормозными конструкциями и в зданиях с тяжелым режимом работы в расположенных в 3 м от опоры поперечных вертикальных плоскостях устанавливаются крестовые связи, развязывающие нижние пояса балок.
Стальные колонны торцового фахверка выполняются из сварных двутавров высотой 0,5 м с шириной полок от 0,4 до 0,55 м. Расчетная схема фахверковых колонн предусматривает их шарнирное опирание понизу на фундаменты, а поверху на устанавливаемые в торцах здания горизонтальные ветровые балки и фермы. Ветровые балки устанавливаются в пролетах с опорными мостовыми кранами на уровне крановых путей и дополнительно используются как ремонтные площадки. Ветровые фермы устанавливаются поверху в бескрановых пролетах и в качестве промежуточных опор не реже чем через 10—12 м по высоте здания.
Колонны торцового фахверка воспринимают ветровую нагрузку и массу панельных стен. Оголовки фахверковых колонн располагаются на одном уровне с оголовками основных колонн — на 150 мм ниже пояса стропильной фермы. В пределах высоты стропильной фермы фахверковые колонны наращиваются сварными двутаврами высотой сечения 0,25 м. Эти надставки не доходят на 0,1—0,3 м до подкровельного настила и в пределах высоты парапета продолжаются насадками из прокатных уголков. Полка уголка-насадки заводится в вертикальный шов между парапетными панелями. Таким образом, колонны торцового фахверка продолжаются на всю высоту торцовых стен и не пересекаются с конструкциями покрытия.
Несущая конструкция малоуклонной крыши с рубероидной кровлей включает в себя: подкровель-ный настил, стропильные и подстропильные фермы. Последние устанавливаются только при различном шаге стропильных ферм и колонн. Стальной под-кровельный настил (прогонный вариант) выполняется из профилированных листов, уложенных на прогоны двутаврового сечения при шаге ферм 6 м или решетчатые — при шаге ферм 12 м.
Железобетонный подкровельный настил (беспрогонный вариант) выполняется из ребристых плит длиной 6 м при высоте 0,3 м и 12 м при высоте 0,45 м.
Стальные стропильные фермы с уклоном верхнего пояса 1,5% предусмотрены для пролетов 18, 24, 30 и 36 м. Фермы пролетом 18 м изготовляются в виде одной отправочной марки с горизонтальным нижним поясом, остальные — в виде двух отправочных марок с параллельными поясами. Высота всех ферм на опоре по обушкам поясов 3150 мм. Номинальная длина ферм на 400 мм меньше пролета здания за счет укорочения крайних панелей на 200 мм.
Опорные стойки — из прокатных или сварных двутавров высотой 3300 мм. Высота сечения крайних опорных стоек 200 мм плюс величина привязки колонны, средних — 2 X 200 мм.
Стропильные фермы запроектированы с поясами из низколегированной стали и решеткой из стали марки «сталь 3». Все основные стержни ферм составляются из парных горячекатаных профилей, соединенных в узлах фасонками. Толщина узловых фасонок принимается 8—20 мм в зависимости от
действующих в стержнях усилий. Очертания фасонок определяются необходимой длиной сварных швов, В каждой ферме рекомендуется применять узловые фасонки не более двух толщин.
При заготовке стержней парные профили соединяются по длине прокладками, размещаемыми в третях или четвертях расстояния между узловыми фасонками и одинаковыми с ними по толщине.
В местах опирания решетчатых прогонов, стоек фонарных панелей и в стыках отправочных марок по верхнему поясу стропильных ферм привариваются накладки толщиной 12 мм.
Приведенные схемы стропильных ферм дополняются подвесками для кранов (указаны пунктиром), шпренгелями по всей длине или частично (при необходимости опирания подкровельного настила через 1,5 м) и дополнительными стойками, устанавливаемыми при возможности появления в нижнем поясе ферм сжимающих усилий (как в ригеле рамы), а также при строительстве в сейсмических районах.
Подстропильные фермы с параллельными поясами применяются при шаге колонн 12 м для опирания промежуточных стропильных ферм. Конструктивная длина ферм, прикрепляемых болтами к стенке надопорной стойки, соответственно уменьшена на 10 мм. Высота ферм по обушкам поясов 3130 мм. Полная высота на опоре 3280 мм.
Пояса и основные раскосы выполняются из низколегированной стали; остальные элементы решетки — из стали марки «сталь 3».
Подкрановые балки в промышленных зданиях
Здания промышленного строительства для перемещения внутри них сырья, полуфабрикатов или готовой продукции оборудуют подъемно-транспортными средствами – мостовыми кранами.
Подкрановые балки изготавливаются стальными и железобетоннми.
Монтаж подкрановых балок чаще всего ведут самостоятельным потоком непосредственно с транспортных средств.
Установку балок в проектное положение производят по осевым рискам на балках и консолях колонн.
Расположение отверстий в верхних поясах балок для крепления крановых рельсов на планках
Стальные подкрановые балки
Стальные подкрановые балкиприменяются при стальных колоннах для кранов любой грузоподъемности, при железобетонных колоннах с шагом > 12м.
По сечению подкрановые балки подразделяют на сплошные и решетчатые.
Стальная сплошная подкрановая балка представляет собой сварной двутавр с развитым верхним поясом или с поясами одинаковой ширины.
Решетчатые подкрановые балки – в виде шпренгельных систем имеют экономическое преимущество.
Целесообразно применять :
— при шаге колонн 6м и Q кр.
По конструкции подкрановые балки бывают :
— разрезные постоянного сечения, стыкуемые на опорах;
Высота унифицированных балок на опоре :
— для шага колонн 6м: при грузоподъемности крана Qкр
— для шага колонн 12м: при грузоподъемности крана Qкр
Для обеспечения устойчивости стенка балки снабжена поперечными ребрами жесткости с интервалом 1,5м.
Ребра обрываются на высоте 60 мм от нижней полки.
Разрезные подкрановые балки опираются на консоли рядовых колонн строганной нижней кромкой рядовых опорных рёбер.
Одно из ребер усилено планкой толщиной 6 мм примерно на 2/3 высоты, в пределах которой расположены соединительные болты.
Конструкция крепления верхнего пояса балок к колоннам гибкая.
В неразрезных балках это крепление жесткое на сварке.
Крепление нижнего пояса к консолям колонн выполняется на болтах, к консолям связевых колонн – на болтах и монтажной сварке.
Стальные разрезные рядовые подкрановые балки для шага колонн 6 м под мостовые краны г.п. до 50т
Концевая балка (устанавливается у торцов температурного отсека)
Крепление стальной подкрановой балки к стальной колонне:
Крепление стальной подкрановой балки высотой 800 мм к железобетонной колонне:
Крепление стальной подкрановой балки высотой 1100 мм к железобетонной колонне:
Железобетонные подкрановые балки
Балки могут иметь тавровое или двутавровое сечение (первые предусматривают при шаге колонн 6м; вторые – при шаге 12м).
Железобетонные подкрановые балки при шаге колонн 6 м:
1 – опорный стальной лист 160х12х500 мм
Железобетонные подкрановые балки при шаге колонн 12 м
Крепление кранового рельса к балке:
1 – стальная лапка; 2 – болт; 3, 4 – упругие прокладки толщиной 8мм;
Развитая по ширине полка балки служит для усиления сжатой зоны.
Она воспринимает поперечные горизонтальные крановые нагрузки, а также упрощает крепление крановых рельсов.
Балки имеют утолщенную на опорах вертикальную стенку.
Высота балок – 800, 1000, 1400 мм; ширина полок 550, 600, 650 мм.
Балки подразделяются по месторасположению в здании :
— торцовые (у торцовых стен);
— температурные (у деформационных швов).
Они отличаются наличием и расположением закладных элементов.
Крепление подкрановой балки к консоли колонны производится на анкерных болтах, пропущенных сквозь опорный лист, предварительно приваренный к нижней закладной пластине.
Для предотвращения возможного тарана краном торцовой стены на торцовых балках устанавливаются стальные концевые упоры, страхующие здание в случае отказа автоматических тормозных устройств.
Крепление железобетонных подкрановых балок к железобетонным колоннам:
1 – Опорный стальной лист 160х12х500 мм (опора подкрановой балки); 2 – анкерный болт; 3 – Стальная пластинка 100х12мм (упор подкрановой балки); 4, 5 – закладные элементы колонны
ВВЕДЕНИЕ
Р уководство предназначено для работников служб эксплуатации и ремонтных служб на предприятиях Минмета СССР и развивает основные положения ОРД 00 000-89 «Техническая эксплуатация стальных конструкций производственных зданий» в части, касающейся подкрановых конструкций.
Р уководство основано на результатах исследований, опыте проектирования и реализации мероприятий по продлению сроков эксплуатации, ремонту и увеличению ресурса подкрановых конструкций институтов Укрниипроектстальконструкция, Сибпроектстальконструкция, Ленпроектстальконструкция, Днепрпроектстальконструкция, МИСИ им. Куйбышева, НИСИ, ЧПИ, ДИСИ и ряда других организаций. Рекомендации апробированы на практике в условиях ряда металлургических комбинатов.
В се ссылки на нормативные документы и государственные стандарты приведены по состоянию на 01.01.91 г.
1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Конструктивные решения
В отдельных случаях подкрановые конструкции воспринимают также нагрузки от опирающихся на них строительных и технологических конструкций (стропильные конструкции, стойки фахверка, технологические и ремонтные площадки, промышленные проводки и т.д.).
Т акая передача нагрузки допустима только в тех случаях, когда это предусмотрено проектом и подкрановые конструкции рассчитаны на дополнительную нагрузку от подвешенного или установленного на них оборудования.
Р ис. 1.1. Схема нагрузок (а) и состав подкрановых конструкций (б):
— однопролетные разрезные балки (рис. 1.2, а);
— неразрезные балки (рис. 1.2, б);
— подкрановые фермы (рис. 1.2, в).
П ри пролетах 12 м и более для подкрановых конструкций могут использоваться решетчатые балки с жестким верхним поясом.
Р ис. 1.2. Типы подкрановых конструкций:
Р ис. 1.3. Типы сечений подкрановых балок:
Г оризонтальные поперечные воздействия передаются на колонны через диафрагмы (рис. 1.7 ) или стержневые элементы (рис. 1.8 ), либо через упорные планки (рис. 1.9 ).
В зданиях старой постройки с кирпичными стенами для передачи горизонтальных поперечных воздействий нередко использовались тяжи, соединяющие балки со стеной.
Р ис. 1.4. Типы тормозных конструкций:
Р ис. 1.5. Связи по подкрановым конструкциям:
Р ис. 1.7. Узлы крепления балок к колоннам:
Р ис. 1.8. Типы креплений кранового рельса:
Р ис. 1.9. Дефекты конструктивной формы подкрановых балок:
С тыки рельсов должны обеспечивать плавный переход колес на стыкуемых участках и могут быть выполнены на болтах или на сварке. Сварка рельсов производится ванным способом. При этом должна быть обеспечена свобода перемещений в температурном шве.
Р ис. 1.10. Улучшенные конструктивные формы подкрановых балок:
С варные подкрановые балки начали широко внедряться в 40-х годах. Их основным недостатком в тот период было недостаточно высокое качество сварки, как правило, ручной (наличие дефектов швов, неполное проплавление верхнего поясного шва, использование некачественных электродов и т.д.). Допускалось применение верхнего пояса в виде сварного пакета из двух листов: при неплотном прилегании листов друг к другу, соединяющие их швы воспринимают распорные воздействия и разрушаются. Под короткими ребрами, укрепляющими стенку от потери местной устойчивости, возникают трещины. Ребра жесткости в месте крепления к верхнему поясу не имели вырезов для пропуска поясных швов. В результате в этой зоне возникает повышенная концентрация напряжений, снижающая усталостную прочность балок (рис. 1.11 ).
К репление разрезных балок к колоннам осуществлялось с помощью жестких диафрагм (рис. 1.7 ), препятствующих свободному повороту и обжатию опорных сечений. В результате под воздействием переменных нагрузок в узлах крепления балок к колоннам появляются усталостные разрушения.
П ониженной усталостной прочностью обладают также прерывистые сварные швы, нередко применявшиеся для крепления тормозного листа к верхнему поясу.
Д о 60-х годов при пролетах балки 12 м и более достаточно часто применялись решетчатые конструкции, верхний пояс которых работает на сжатие с изгибом и имеет знакопеременный цикл напряжений. В узлах крепления решетки, особенно при использовании сварных соединений, возникает повышенная концентрация напряжений. Все это снижает усталостную прочность решетчатых подкрановых конструкций.
Р ис. 1.11. Дефекты мостового крана:
В последующих нормах проектирования стальных конструкций был внесены изменения, ужесточившие требования, предъявляемые к подкрановым конструкциям, и направленные на повышение их усталостной прочности. Основными из них являются:
— требования к качеству стали для подкрановых конструкций (не допускается применение кипящей стали);
— обеспечение полного проплавления поясных швов для балок под краны режима работы 7К и 8К;
— устройство вырезов в ребрах жесткости;
— недопустимость применения прерывистых швов;
— недопустимость применения пакета из двух листов для поясов балок;
— необходимость проверки усталостной прочности верхней зоны стенки балок под краны режима работы 7К и 8К.
— низкая крутильная жесткость верхнего пояса не обеспечивает восприятия крутящего момента от внецентренного приложения крановой нагрузки;
— наличие неровностей контакта пояса и рельса приводят к повышенным местным напряжениям в стенке;
— влияние сварки и повышенная концентрация напряжений в наиболее напряженной зоне стенки снижают усталостную прочность металла.
Ч асто используемые крепления балок к колоннам не соответствуют принимаемому при расчете шарнирному опиранию и в результате испытывают значительные воздействия, обычно не учитываемые при проектировании. Особенно это проявляется при использовании объединенной горизонтальной опорной пластина вместо разрезной по рис. 1.7 или общей для смежных балок вертикальной опорной пластины.
Н аиболее радикальным путем обеспечения необходимой надежности и долговечности подкрановых конструкций является использование новых конструктивных форм балок, таких как:
— балки с поясами из широкополочных двутавров и тавров (рис. 1.10, а);
— двустенчатые балки (рис. 1.10, б);
— балки с усиленным верхним поясом (рис. 1.10, в, г).
З начительное повышение срока службы подкрановых балок может быть достигнуто также при установке между рельсами и верхним поясом упругих резинометаллических просадок, о чем свидетельствует зарубежный опыт.
Д ля снижения динамических воздействий от кранов целесообразно применение бесстыковых рельсов с соединениями на ванной сварке.
Д ля узлов крепления балок к колоннам следует использовать гибкие элементы (рис. 1.3 ) или крепления, обеспечивающие свободу продольных перемещений (рис. 1.9 ).
Особенности работы и режим нагружения
П ри продольных уклонах и не параллельности путей по двум сторонам крана за счет жесткости моста происходит перераспределение давления между колесами крана (отмечены случаи перемещения крана на трех колесах). Сужение и расширение путей, поперечные уклоны, перекосы колес приводят к возникновению дополнительных поперечных горизонтальных воздействий.
Р азность диаметров колес крана вызывает «забегание» одной из концевых балок моста относительно другой, что в свою очередь за счет возникающего перекоса моста крана, приводит к дополнительным поперечным и продольным усилиям на подкрановые конструкции.
В се перечисленные дефекты конструкции мостовых кранов приводят к преждевременному износу рельса, узлов его крепления, повышенной динамичности и снижают долговечность подкрановых конструкций.
В зонах повышенных тепловыделений (над печами, холодильниками и т.д.) при выходе из строя или отсутствии тепловых экранов и нагреве свыше 100 °С балки испытывают дополнительные температурные воздействия, что может привести к их искривлению, короблению и разрушению узлов крепления. Достаточно сказать, что удлинение балки длиной, например, 12 м при нагреве на 200 °С составляет 30 мм.
П ри эксплуатации подкрановых конструкций при температуре ниже минус 25 °С (открытые крановые эстакады, неотапливаемые здания) вырастает опасность хрупких разрушений. Этому способствует ударный характер приложения нагрузки при расстройствах пути и неисправных концевых упорах, наличие трещин и трещиноподобных дефектов в сварных швах, низкое качество стали.
Х арактер и скорость накопления повреждений подкрановых конструкций определяются в первую очередь режимов работы кранового оборудования.
П равилами Госгортехнадзора предусмотрено четыре режима работы кранов: легкий (Л), средний (С), тяжелый (Т) и весьма тяжелый (ВТ), которые используются во многих действующих нормативно-технических документах. Соответствие указанным режимам с определенной точностью может быть установлено по следующим данным:
Д ля организации правильной эксплуатации подкрановых конструкций необходимо составить их паспорта для каждого пролета.
П аспорт должен содержать чертежи конструкций (схемы) указанием марок стали, данные об обнаруженных дефектах и повреждениях, исполнительные чертежи по усилению и ремонту. Здесь же приводятся сведения о количестве циклов нагружений в течение года эксплуатации при данном технологическом процессе (за один цикл принимать проход крана с грузом, возвращение без груза, подъем и опускание груза, перемещение тележки).
П одкрановые балки одного пролета отличаются по числу нагружения в несколько раз, а в связи с этим и внимание к ним должно быть различным.
2. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Общие положения
Д ефекты изготовления: несоответствие фактических размеров проектным; искажение формы элементов, нарушение требований норм по обработке кромок, низкое качество сварных и клепанных соединений, несоответствие качества стали, электродов и метизов требованиям проектной документации и государственных стандартов. Следует заметить, что нарушение технологии сварки может привести к разрушению конструкций даже при отсутствии нагрузки.
Д ефекты транспортировки: местные и общие искривления, разрывы элементов, расстройство соединений.
Д ефекты монтажа: отклонение элементов от проектного положения, отсутствие элементов и соединений, низкое качество монтажной сварки и установки монтажных болтов.
— отклонением фактического напряженного состояния от расчетного вследствие упрощения и идеализации расчетной схемы конструкций, ее элементов, узлов и действующих нагрузок;
— пониженными прочностными характеристиками основного и наплавленного металла, наличием дефектов, ослабляющих поперечное сечение элементов, приводящих к концентрации напряжений;
— произвольным изменением сечений элементов, размеров сварных швов, количеству заклепок и болтов при изготовлении и монтаже по сравнению с проектными;
— недопустимой перегрузкой кранов;
— нарушениями в процессе монтажа и эксплуатации взаимного расположения элементов (смещение рельсов с оси подкрановой балки, перепады и зазоры в стыках рельса, продольные и поперечные уклоны, сужение и расширение путей, перекосы колес крана и т.д.), которые приводят к появлению дополнительных, не учитываемых расчетом, нагрузок и динамических воздействий;
— нарушениями правил технической эксплуатации: несанкционированное использование подкрановых конструкций для подвески блоков при ремонтных работах, вырезка отверстий для пропуска коммуникаций и т.д.
В горячих цехах при нагреве конструкции появляются значительные температурные перемещения, приводящие к отклонению конструкций от проектного положения. При наличии связей, препятствующих свободным перемещениям, в элементах конструкций возникают дополнительные усилия, которые могут привести к повреждению элементов (разрыву при растяжении или искривлению и потере устойчивости при сжатии).
В неотапливаемых зданиях и открытых крановых эстакадах в зимний период от воздействия низких температур в местах концентрации напряжений (сварные швы, места резкого изменения сечений, фасонки ферм и т.д.) возможно возникновение хрупких трещин за счет хладноломкости металла. Особенно подвержены хрупким разрушениям конструкции, выполненные из кипящей стали. Появлению хрупких трещин способствуют также динамические воздействия кранов.
И нтенсивность коррозионных повреждений, измеряемая скоростью проникания коррозии по толщине элементов в мм/год и относительной площадью участков, пораженных коррозией. Она зависит от степени агрессивности эксплуатационной среды, материала конструкций (марки стали), конструктивной формы элементов, системы и качества нанесения противокоррозионной защиты, а также соблюдения правил технической эксплуатации (своевременная ликвидация протечек кровли, трубопроводов, контроль за герметичностью оборудования, уборка пыли и т.д.).
Д ефекты и повреждения противокоррозионной защиты проявляются в виде шелушения, отслаивания, пор, трещин и других нарушений защитных свойств.
П овреждения металла возникают вследствие химической и электрохимической коррозии. Для стальных конструкций производственных зданий характерна электрохимическая коррозия.
К оррозионные повреждения металла подразделяются на общие (равномерные или неравномерные по площади поверхности) и местные в виде отдельных питингов, язв, сквозных поражений.
М естные коррозионные поражения возникают при локальных воздействиях, например, при протечках кровли, нарушении герметичности трубопроводов и т.д.
Е сли общая поверхностная коррозия приводит к уменьшению площади поперечного сечения элементов и повышению уровня напряжений, то местная коррозия не только ослабляет сечение, но и повышает концентрацию напряжений, что может привести к хрупкому разрушению конструкций.
П ри обнаружении повреждений категории А следует немедленно остановить эксплуатацию конструкций на участке, где выявлены указанные повреждения, и провести усиление или замену конструкций.
О тдельные повреждения категории В снижают долговечность конструкций, (например, повреждения защитных покрытий) и могут привести к повреждениям категории Б.
П ри этом отклонения в положении рельсового пути не должны превышать допуски, установленные «Правилами устройства и безопасной эксплуатации грузоподъемных кранов» Госгортехнадзора.
В осстановление поврежденных элементов может быть отсрочено до ближайшего планового ремонта.
Характерные дефекты и повреждения элементов подкрановых конструкций
* Здесь и далее в скобках указаны ссылки на пункты табл. 2.1.
Р ис. 2.1. Характерные повреждения:
Предельное значение при эксплуатации
Наиболее вероятные причины возникновения
Способы устранения и ремонта. Рекомендации по эксплуатации
1. ОТКЛОНЕНИЕ КОНСТРУКЦИЙ ОТ ПРОЕКТНОГО ПОЛОЖЕНИЯ
1. Нарушение высотных отметок установки балок (отклонение по высоте, мм)
Затруднение работы кранов, перераспределение вертикальных давлений и местное перенапряжение стенки
2. Поворот фундаментов
Затруднение работы кранов, увеличение горизонтальных поперечных воздействий кранов, повреждение балок и узлов крепления
2. Смещение от температурных воздействий
Перегрузка колонн от внецентренного приложения нагрузки
2. Поворот фундамента
Перегрузка подкрановой ветви колонны от внецентренного приложения нагрузки
2. Смещение от температурных воздействий
Ослабление болтов крепления балок к колоннам, продольное смещение балок (см. поз. 3)
1. Дефект изготовления
Повреждение стенки балки, излом рельса
7. Смещение рельса с оси подкрановой балки (е, мм)
2. Отклонение колонн от проектного положения в результате поворота фундаментов
Повреждение стенки балки
2. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ СВАРНЫХ ПОДКРАНОВЫХ БАЛОК
1. Повышенные горизонтальные поперечные воздействия
2. Концентрация напряжения в местах резкого изменения сечения, дефектов стыковых швов, у отверстий
Снижение несущей способности
1. Перегрузка крана.
2. Низкое качество стали
3. Концентрация напряжений в местах резкого изменения сечения, дефекты стыковых швов, приварки ребер жесткости и элементов крепления подвесок промпроводок поперечными швами
1. Дефекты швов (непровар, подрез и т.д.)
2. Повышенные местные напряжения в результате расстройства крановых путей
3. Дефекты рельсов и повышенные динамические воздействия.
4. Концентрация напряжений в местах приварки ребер
Развитие трещины по длине, ослабление сечения, потеря устойчивости стенки, обрушение балки
1. Повышенный уровень местных напряжений
Развитие трещины по длине, ослабление сечения, потеря местной устойчивости стенки, обрушение балки
1. Концентрация напряжений в местах приварки ребер
12. Трещины в шве или в ребре жесткости ( l тр / b ) мм
2. Высокий уровень напряжений от кручения верхнего пояса при смещении рельса
3. концентрация напряжений у отверстий для креплений вертикальных связей
Развитие трещины с переходом на стенку балки (см. поз. 9)
1. Дефект изготовления (нарушение технологии сварки) 2. Перегрузка кранов.
3. Нагрев конструкции
Затруднение в работе кранов
4. Отсутствие или отрыв тормозных конструкций
Затруднение в работе кранов, повреждение балки и потеря общей устойчивости балки в результате действия дополнительного крутящего момента
15. Местное искривление (погиб) верхнего пояса ( f / L )
1. Дефект изготовления (грибовидность) и монтажа
2. Опирание домкратов при подъеме кранов
3. Сход крана с рельса
Потеря устойчивости пояса, выключение его из работы балки и перенапряжение балки
16. Местное искривление (погиб) стенки ( f / L )
1. Дефект изготовления (нарушение технологии сварки)
2. Изгиб стенки в результате кручения верхнего пояса от эксцентричного воздействия крановой нагрузки
3. Потеря местной устойчивости стенки
4. Температурные воздействия (коробление стенки)
Потеря устойчивости стенки и перенапряжение балки
17. Местное искривление (погиб) ребра жесткости ( f / L )
1. Небрежная транспортировка и монтаж
Потеря устойчивости ребра, возникновение трещин в ребре
2. Разрушение шва крепления ребра к поясу
3. Перенапряжение ребра при смещении рельса
3. дефекты и повреждения тормозных конструкций
1. Дефекты сварного шва
2. Повышенные горизонтальные поперечные воздействия из-за несовершенств кранового пути
Развитие трещины, отрыв тормозной конструкции от балки, перенапряжение верхнего пояса
1. Концентрация напряжений в местах дефектов сварных швов, вырезов
Развитие трещины по всей ширине тормозного листа и перенапряжение верхнего пояса
20. Вырезы в тормозном листе
1. Грубое нарушение правил эксплуатации конструкций
Ослабление тормозной конструкции, появление трещин (см. поз. 19)
21. Остаточный погиб тормозного листа ( f / d )
1. Дефект изготовления и монтажа
2. Складирование ремонтных материалов
Ослабление тормозной конструкции
22. Искривление элементов решетки тормозной фермы ( f / l )
1. Дефект изготовления и монтажа
2. Складирование на тормозной площадке ремонтных материалов
Ослабление тормозной конструкции
4. ПОВРЕЖДЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ УЗЛОВ КРЕПЛЕНИЯ
23. Трещины и разрушения в элементах крепления подкрановой балки к колонне
1. Повышенный уровень горизонтальных крановых воздействий, боковые удары при проходе крана
2. Дефекты монтажных сварных швов
3. Частичное защемление балок на опоре
4. Дополнительные усилия от перекоса опорного сечения балок
Отклонение балок от проектного положения, затруднение в работе кранов.
24. Разрушение сварных швов, отсутствие или ослабление болтов, соединяющих элементы крепления балок с колоннами
25. Отсутствие или ослабление болтов крепления балок между собой (доля поврежденных болтов, %)
Смещение балок в продольном направлении
26. Отсутствие или ослабление анкерных болтов крепления балок и колонне (доля поврежденных болтов, %)
2. Температурные воздействия
Смещение балок относительно оси колонны
27. Обмятие или неплотное примыкание упорных элементов к колонне (зазор, мм)
2. Боковые удары при проходе крана
Повышенная деформативность конструкций в поперечном направлении, расстройство путей крана
1. Дефекты изготовления, транспортировки и монтажа
3. Подвеска случайных грузов
Повышенная деформативность подкрановых конструкций
29. Трещины, разрывы в фасонках и швах крепления связей или вспомогательных ферм к подкрановым балкам
1. Дефекты сварных швов.
2. Концентрация напряжений
3. Повышенный уровень напряжений от вертикальных и горизонтальных крановых воздействий
Повышенная деформативность подкрановых конструкций
30. Ослабление или отсутствие болтов крепления связей или вспомогательных ферм к подкрановых балкам (доля поврежденных болтов, %)
2. Повышенный уровень вертикальных и горизонтальных крановых воздействий
31. Трещины, разрывы или отсутствие элементов вертикальных связей между балками
1. Грубое нарушение правил технической эксплуатации конструкций (вырезы элементов для пропуска технологических трубопроводов, случайные удары, приварка подвесок для случайных грузов и т.д.)
2. Повышенный уровень крановых воздействий
Повышенная деформативность подкрановых конструкций
32. Разрыв или отсутствие элемента крепления в связевом блоке
2. Повышенные температурные воздействия
Смещение балок относительно оси колонн (поз. 3)
6. ДЕФЕКТЫ И ПОВРЕЖДЕНИЯ РЕЛЬСОВ И ИХ КРЕПЛЕНИЕ
1. Эксцентричное приложение вертикального давления колес крана
2. Боковые удары ребордами
Разрушение рельса и сход крана с пути
2. Низкое качество сварки в стыках рельса
Повышение местных напряжений в стенке балки и динамических воздействий крана
1. Недостаточная прочность металла рельса
2. Повышенное вертикальное давление колес крана
При неравномерном износе повышенная динамичность крановых воздействий
1. Недостаточная прочность металла рельса
2. Повышенное вертикальное давление колес крана
3. Сужение и расширение путей
Разрушение головки и сход крана с рельса
Повышенная динамичность крановых воздействий
1. Монтаж разновысоких рельсов
Повышенная динамичность крановых воздействий
2. Ослабление крепления рельса
40. Ослабление болтов крепления стыковых накладок (% ослабленных болтов)
2. Динамическое воздействие крановых нагрузок
Смещение торцов рельсов
41. Ослабление креплений рельса
Смещение рельса относительно оси балки
42. Выкол подошвы рельса (длина выкола, мм)
Дефект металла рельсов
Повреждения балки и элементов крепления рельса
1. Дефект сварных швов
2. Боковые удары крана
Н арушение высотных отметок установки подкрановых конструкций (1), а также смещение рельса относительно оси подкрановых балок (7) могут возникнуть при осадке колонн и повороте фундаментов, что особенно характерно для зданий, построенных на просадочных грунтах и подрабатываемых территориях.
С мещение подкрановых балок относительно колонн (3, 4) практически не влияет на работу подкрановых конструкций, однако приводит к появлению в колоннах дополнительных моментов, не учитываемых при проектировании и ухудшающих условия их работы.
В результате нарушения геометрии крановых путей: нарушения высотных отметок (1), сужения и расширения путей (2), их непараллельности затрудняется работа кранов, возникают дополнительные горизонтальные воздействия, увеличивается неравномерность вертикальных давлений на колесах крана, что может привести к повреждению подкрановых конструкций.
П ерепады высот в стыках балок (6) приводят к увеличению местных напряжений в стенке «более высокой балки», повышению динамического эффекта нагрузки, что также способствует снижению усталостной прочности стенки балки и приводит к появлению трещин (9).
Т рещины в нижнем поясе (8), хотя и возникают достаточно редко, являются наиболее опасным повреждением балок, приводящим к их обрушению. Их появление связано с пониженной усталостной прочностью металла в зоне концентрации напряжений (дефекты стыковых швов, в местах приварки дополнительных деталей и т.д.) или с дефектами обработки кромок. При обнаружении трещин в нижнем поясе необходимо незамедлительно остановить эксплуатацию кранов и провести усиление конструкций.
П родольные трещины в верхней зоне стенки (9, 10, 11) являются следствием концентрации напряжений, снижающих усталостную прочность металла.
О ни возникает, как правило, под пятном контакта рельса с поясом балки, в местах дефектов сварки поясного шва. Появлению трещин способствует смещение рельса с оси балки, дефекты стыков рельса, перекос крана и появление распорных усилий, возникающие при движении крана вдоль путей и т.п.
Т рещины в стенках нарушают её закрепление в поясе, в результате чего она может потерять местную устойчивость. По мере развития трещины могут привести к полному отрыву пояса от стенки и наступлению необратимого неработоспособного состояния.
В подкрановых балках, запроектированных до 1960 г., большое влияние на зарождение и развитие трещин оказывают также дефекты конструктивной формы (см. рис. 1.9 ).
Т рещины в швах крепления ребер жесткости к верхнему поясу (12) не влияют непосредственно на несущую способность балки, однако по мере развития они могут перейти на стенку и ослабить ее сечение.
О статочные прогибы балок (13) и искривления в горизонтальной плоскости (14) возникают в результате недостаточной жесткости подкрановых конструкций и перегрузки крана. Они могут быть следствием также неправильного выбора режима сварки при изготовлении конструкций.
У казанные перемещения затрудняют работу кранов и ухудшают условия работы подкрановых конструкций.
М естные искривления верхнего пояса (15) и стенки (16) могут привести к преждевременной потере их местной устойчивости.
П о мере развития трещин происходит отрыв тормозной конструкции, что приводит к перенапряжению верхнего пояса, повышает деформативность подкрановых конструкций в горизонтальной плоскости и приводит к затруднению в работе кранов.
П овреждения вспомогательных ферм, а также связей по нижним поясам балок связаны в основном с дефектами монтажа и нарушениями правил эксплуатации.
П ри повреждении связей несколько увеличивается деформативность подкрановых конструкций, однако это не представляет опасности для их эксплуатации.
П ри разрушении или отсутствии креплений балок и колоннам в связевом блоке (32) нарушается передача продольных усилий на вертикальные связи между колоннами, что может привести к значительным продольным перемещениям балок.
3. СРОЧНЫЕ МЕРОПРИЯТИЯ, ПРОВОДИМЫЕ ПРИ ОБНАРУЖЕНИИ СЕРЬЕЗНЫХ ПОВРЕЖДЕНИЙ
— обеспечить безопасность людей, сохранность оборудования и конструкций в зоне выявленных повреждений;
— поставить в известность механика по кранам и руководство цеха;
— об опасности должны быть оповещены машинисты мостовых кранов данного пролета и рабочие, занятые в технологическом процессе в данной зоне;
— опасные конструкции должны быть выведены из эксплуатации, т.е. необходимо установить тупики, флажки, письменно предупредить машинистов мостовых кранов;
— принять меры по ликвидации повреждений.
У казанные ограничения могут быть сняты только после проведения ремонтных работ.
— снижение уровня нагруженности и напряженности подкрановых конструкций путем исключения нахождения более одного мостового крана на балке с повреждением или ограничение приближения к оси ряда со стороны поврежденных конструкций (в пределах половины пролета или только в противоположном крайнем положении);
— снижение динамических воздействий путем уменьшения скорости движения мостовых кранов, как минимум в зоне повреждений, исключение перемещений и торможений тележкой в зоне поврежденных конструкций;
— исключение использования мостовых кранов в опасной зоне при отрицательных температурах;
— исключение нагрева конструкций до 100 °С и более;
— организация регулярного наблюдения за развитием разрушений до критических размеров с обязательной записью о результатах наблюдений.
Э ксплуатация мостовых кранов в опасной зоне может быть допущена при соответствующем обосновании под ответственность помощника начальника цеха по оборудованию или другого лица, ответственного за безопасную эксплуатацию мостовых кранов при определенных условиях и мерах безопасности.
У казанные ограничения могут быть сняты только после проведения ремонтных работ.
4. РЕМОНТ ПОДКРАНОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ
Общие положения
— подготовительные работы (включая разработку необходимой документации);
— устранение повреждений и усиление;
— рихтовка конструкций и рельсов;
— сдача выполненных работ.
— чертежи конструкций в стадии КМД (при отсутствии заводских чертежей должны быть выполнены обмерочные чертежи, содержащие сведения о геометрических размерах сечений элементов и узлов);
— характеристики материала существующих конструкций, данные о свариваемости;
— результаты обследования конструкций с характеристиками дефектов и повреждений.
— техническое решение, представляющее собой конструкцию усиленного элемента или соединения с указанием марки стали элементов усиления; при этом элементы усиления показывают более жирными линиями, чем элементы существующих конструкций;
— способ соединения элементов усиления с существующими конструкциями;
— характеристики электродов или типов болтов;
— последовательность выполнения работ (технологическую карту);
— мероприятия по безопасным методам производства работ, включающие временное раскрепление (закрепление) конструкций.
Правка деформированных элементов
П равка допускается только при плавной деформации элементов.
— правка с нагревом конструкций, изготовленных из низколегированных сталей, подвергшихся термической обработке в состоянии поставки;
— правка клепаных конструкций с общим изгибом;
— правка конструкций в местах недоваренных или дефектных сварных швов;
— холодная правка конструкций с клепаными соединениями.
Ц елесообразно применение спаренных и многопламенных ацетиленокислородных горелок. При комбинированном методе правки охлаждать поверхность рекомендуется после выправления деформированных участков с помощью кувалд, молотка или пресса.
Особенности производства сварочных работ
— размеры, способ и средства обработки кромок;
— минимальная температура наружного воздуха при сварочных работах без подогрева металла;
— последовательность наложения швов;
— способы наложения швов (каскадом, горкой, двусторонней сваркой, секциями и т.п.);
— места и размеры прихваток и выводных планок;
— диаметр и марка электрода для каждого вида шва;
— режим сварки: ток переменный или постоянный, полярность и сила;
— максимальный наибольший катет шва за один проход. Сварку ответственных узлов должны выполнять электросварщики не ниже 5-го разряда под наблюдением квалифицированного специалиста.
Д иаметры электродов, рекомендуемые при сварке стыковых швов
