ГОСТ 33169-2014 Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности.
ГОСТ 33169-2014
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
КРАНЫ ГРУЗОПОДЪЕМНЫЕ
Металлические конструкции. Подтверждение несущей способности
Hoisting cranes. Metal structures. Proof of competence
МКС 53.020.20
Дата введения 2016-01-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-92 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2009 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, применения, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом "РАТТЕ" (ЗАО "РАТТЕ")
2 ВНЕСЕН Федеральным агентством по техническому регулированию и метрологии (Росстандарт)
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 5 декабря 2014 г. N 46)
За принятие проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM | Минэкономики Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Казахстан | KZ | Госстандарт Республики Казахстан |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Таджикистан | TJ | Таджикстандарт |
Узбекистан | UZ | Узстандарт |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 24 июня 2015 г. N 804-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33169-2014 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2016 г.
5 Настоящий стандарт соответствует международному стандарту ISO 20332:2008* Cranes - Proof of competence of steel structures (Краны. Подтверждение несущей способности металлоконструкций)
Степень соответствия - неэквивалентная (NEQ)
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе "Национальные стандарты" (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет
Введение
Целью разработки стандарта является совершенствование и унификация методов подтверждения работоспособности и долговечности металлических конструкций кранов в зависимости от условий их эксплуатации. Стандарт базируется на принципах и методах ISO 20332:2008 Cranes - Proof of competence of steel structures (Краны. Подтверждение несущей способности металлоконструкций), а также отдельных положениях EN 13001-3-1:2012 Cranes - General Design - Part 3-1: Limit States and proof competence of steel structure (Безопасность грузоподъемного крана. Общие требования к проектированию. Часть 3-1. Предельное состояние и подтверждение соответствия стальных конструкций) и норм FEM 1.001 (10.1998) Rules for the design of hoisting appliances (Правила проектирования подъемных устройств). При разработке проекта учтен опыт отечественного краностроения и действующие нормативные документы Российской Федерации.
Настоящий стандарт применяется совместно с ГОСТ 32579 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок (части 1-5).
1 Область применения
Настоящий стандарт устанавливает общие условия, требования, методы и значения параметров, необходимые для подтверждения работоспособности металлических конструкций грузоподъемных кранов.
Настоящий стандарт распространяется на металлические конструкции грузоподъемных кранов всех типов и может быть использован при проектировании других подъемно-транспортных машин. Расчетные методы подтверждения работоспособности, представленные в данном стандарте, применимы для конструкций, температура которых в процессе эксплуатации не превышает 200°С. Специальные вопросы подтверждения работоспособности металлических конструкций кранов отдельных типов или эксплуатируемых в особых условиях в настоящем стандарте не рассматриваются.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:
ГОСТ 2.106-96 Единая система конструкторской документации. Текстовые документы
ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды
ГОСТ 22356-77 Болты и гайки высокопрочные и шайбы. Общие технические условия
ГОСТ 25346-89 Основные нормы взаимозаменяемости. Единая система допусков и посадок. Общие положения, ряды допусков и основных отклонений
ГОСТ 28870-90 Сталь. Методы испытания на растяжение толстолистового проката в направлении толщины
ГОСТ 32578-2013 Краны грузоподъемные. Металлические конструкции. Требования к материалам
ГОСТ 32579.1-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 1. Общие положения
ГОСТ 32579.2-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 2. Краны стреловые самоходные
ГОСТ 32579.3-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 3. Краны башенные
ГОСТ 32579.4-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 4. Краны стреловые
ГОСТ 32579.5-2013 Краны грузоподъемные. Принципы формирования расчетных нагрузок и комбинаций нагрузок. Часть 5. Краны мостового типа
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 32579.1, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 работоспособность: Способность конструкции в пределах установленного ресурса воспринимать нагрузки, предусмотренные проектом, без нарушения прочности, упругой устойчивости и сопротивления усталости.
3.2 условие работоспособности: Условие, записанное в форме неравенства, устанавливающего соотношения между расчетными и предельными напряжениями или силами, выполнение которого с высокой вероятностью гарантирует обеспечение работоспособности конструкции по одному из критериев.
3.3 устойчивость (упругая устойчивость): Способность конструкции под действием нагрузок, предусмотренных проектом, сохранять первоначальную форму равновесного деформированного состояния и упруго восстанавливать ее после малых отклонений.
3.4 сопротивление усталости: Способность конструкции выдержать заданное количество циклов нагружения с определенными параметрами без возникновения усталостных трещин.
3.5 предельная сила: Максимальное значение силы, действующей на элемент конструкции, при котором обеспечено выполнение одного из условий работоспособности.
3.6 предельное напряжение: Максимальное значение напряжения в элементе конструкции, при котором обеспечено выполнение одного из условий работоспособности.
3.7 расчетная сила: Значение силы, действующей на элемент конструкции, вычисленное по определенной комбинации нагрузок в соответствии с правилами расчета по методу предельных состояний или допускаемых напряжений.
3.8 расчетное напряжение: Максимальное по абсолютной величине значение напряжения в элементе конструкции, вычисленное по определенной комбинации нагрузок в соответствии с правилами расчета по методу предельных состояний или допускаемых напряжений.
3.9 срезное соединение: Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки действуют перпендикулярно оси болта и передаются между соединяемыми деталями за счет контакта стержня болта с поверхностью отверстия.
3.10 фрикционное соединение: Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки действуют перпендикулярно оси болта и передаются между соединяемыми деталями за счет сил трения, создаваемых в результате предварительной (монтажной) затяжки болтов.
3.11 фланцевое соединение: Болтовое соединение, в котором эксплуатационные нагрузки передаются между соединяемыми деталями за счет растяжения болта.
4 Обозначения и сокращения
В настоящем стандарте применены обозначения и сокращения, приведенные в таблице 1.
Таблица 1 - Основные обозначения, используемые в настоящем стандарте
|
|
Обозначение (сокращение) | Описание обозначения (сокращения) |
Индексы ПС и ДН | индексы, означающие, что данная величина вычисляется, соответственно, по методу предельных состояний или по методу допускаемых напряжений |
A | площадь поперечного сечения стержня болта в плоскости сдвига |
A | минимальная площадь сечения болта по резьбе |
A | площадь сечения оси шарнирного соединения |
A | площадь среза проушины |
A | расчетная площадь сечения проушины |
С | расчетное количество циклов работы крана за срок службы |
c | приведенная ширина зоны распределения местной нагрузки |
d | размер пластины |
d | диаметр отверстия под болт |
d | диаметр стержня болта на участке без резьбы |
F | предельная сдвигающая сила на болт по условию прочности на срез, вычисленная по методу предельных состояний |
F | предельная сдвигающая сила на болт по условию прочности на срез, вычисленная по методу допускаемых напряжений |
F | предельная сдвигающая нагрузка на болт по условию смятия поверхности, вычисленная по методу предельных состояний |
F | предельная сдвигающая нагрузка на болт по условию смятия поверхности, вычисленная по методу допускаемых напряжений |
F | предельное значение силы трения, создаваемой болтом между соединяемыми поверхностями, вычисленное по методу предельных состояний |
F | предельное значение силы трения, создаваемой болтом между соединяемыми поверхностями, вычисленное по методу допускаемых напряжений |
F | предельное значение силы растяжения болта от внешней нагрузки, вычисленное по методу предельных состояний |
F | предельное значение силы растяжения болта от внешней нагрузки, вычисленное по методу допускаемых напряжений |
J | момент инерции сечения продольного ребра |
J | момент инерции сечения поперечного ребра |
h | расчетная высота шва |
k | катет шва |
k | коэффициент концентрации напряжений |
k | коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов при расчете по нормальным напряжениям |
k | коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов при расчете по касательным напряжениям |
k | коэффициент устойчивости пластины в условиях одноосного напряженного состояния |
k | коэффициент устойчивости пластины в условиях местного поперечного нагружения |
k | коэффициент устойчивости пластины при чистом сдвиге |
длина i-го участка углового шва | |
L | расчетная длина стержня |
L | эффективная длина стержня |
m | показатель наклона усталостной кривой |
N | количество циклов до возникновения трещины при стационарном нагружении с размахом напряжений |
n | число поверхностей среза в болтовом соединении |
n | коэффициент запаса прочности |
P , P , P | силы, приложенные к расчетному узлу |
M , M * | изгибающие моменты, приложенные к расчетному узлу |
____________________ * Текст документа соответствует оригиналу. - Приложение изготовителя базы данных.
| |
P | расчетная сдвигающая сила, приходящаяся на один болт, вычисленная по методу предельных состояний |
P | расчетная сдвигающая сила, приходящаяся на один болт, вычисленная по методу допускаемых напряжений |
R | коэффициент асимметрии цикла |
R | расчетное сопротивление |
R | расчетное сопротивление для сварного соединения стыковым швом |
R | расчетное сопротивление для сварного соединения угловыми швами |
S | сила предварительной затяжки болта |
t | толщина элемента конструкции |
t | толщина диафрагмы |
t | толщина пояса балки |
t | толщина стенки балки |
t | меньшая суммарная толщина листов в болтовом соединении, сдвигаемых в одном направлении |
и | количество болтов в k-м (отсчитываемом вдоль оси y) и i-м (отсчитываемом вдоль оси z) ряду |
U | количество болтов в соединении |
Y и Z | координаты расположения болтов |
Y и Z | координаты расположения болта, наиболее удаленного от оси раскрытия фланцев |
z | количество циклов нагружения с размахом напряжений |
радиус инерции сечения стержня | |
коэффициент надежности по материалу | |
коэффициент условий работы | |
коэффициент ответственности, принимаемый по ГОСТ 32579.1 (таблица 10) | |
коэффициент надежности, принимаемый по ГОСТ 32579.1 (таблица 4) | |
коэффициент снижения допускаемых (предельных) напряжений при расчете на устойчивость | |
гибкость стержня | |
условная гибкость стержня | |
[ ] | допустимая гибкость стержня |
коэффициент, учитывающий условия закрепления стержня | |
коэффициент трения | |
коэффициент влияния пластичности | |
коэффициент защемления, учитывающий условия закрепления пластины по кромкам | |
параметр распределения нормальных напряжений по сечению пластины | |
коэффициент условий работы, учитывающий дополнительные особенности, конкретизируемые при расчетах отдельных элементов конструкций | |
параметр распределения нормальных напряжений по сечению панели пластины | |
коэффициент снижения допускаемых (предельных) напряжений | |
[ ] | допускаемое напряжение |
[ ] | допускаемое напряжение для сварного соединения |
нормативное значение предела текучести материала | |
нормативное значение временного сопротивления металла сварного шва | |
нормативное значение предела текучести материала болта | |
минимальное нормативное значение временного сопротивления материала болта | |
критическое напряжение для пластины, загруженной только продольным нормальным напряжением | |
критическое напряжения для i-й панели пластины, загруженной только продольным нормальным напряжением | |
критическое напряжение для пластины, загруженной только поперечным нормальным напряжением | |
критическое напряжение пластины из абсолютно упругого материала в условиях одноосного напряженного состояния | |
критическое напряжение пластины из абсолютно упругого материала в условиях местного поперечного нагружения | |
нормальное продольное напряжение в элементе конструкции | |
нормальное поперечное напряжение, например в зоне местного нагружения | |
максимальное эквивалентное нормальное напряжение в элементе конструкции, вычисленное по методу предельных состояний | |
максимальное эквивалентное нормальное напряжение в элементе конструкции, вычисленное по методу допускаемых напряжений | |
максимальное эквивалентное нормальное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу предельных состояний | |
максимальное эквивалентное нормальное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу допускаемых напряжений | |
расчетный размах нормальных напряжений | |
расчетный предел выносливости по размаху нормальных напряжений, определенный на базе N =2 ·10 | |
нормативный предел выносливости по размаху нормальных напряжений, определенный на базе N =2 ·10 | |
расчетный предел выносливости по размаху касательных напряжений, определенный на базе N =2 ·10 | |
нормативный предел выносливости по размаху касательных напряжений, определенный на базе N =2 ·10 | |
касательное напряжение | |
критическое напряжение пластины при чистом сдвиге | |
критическое напряжение пластины из абсолютно упругого материала при чистом сдвиге | |
[ ] | допускаемое касательное напряжение для сварного соединения |
максимальное эквивалентное касательное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу предельных состояний | |
максимальное эквивалентное касательное напряжение в сварном соединении, вычисленное по методу допускаемых напряжений | |
расчетный размах касательных напряжений | |
расчетный предел выносливости по размаху касательных напряжений на базе N =2 ·10 |
5 Общие положения
5.1 Общие принципы
5.1.1 Подтверждение работоспособности выполняется для узлов, элементов и деталей, отказ которых может нарушить функционирование крана или создать опасность для людей или окружающей среды. Подтверждение работоспособности конструкции включает:
а) расчетное подтверждение работоспособности с использованием методов, представленных в настоящем стандарте;
б) выполнение следующих конструктивных требований:
- пригодность выбранных сталей для металлической конструкции, болтовых и шарнирных соединений, эксплуатируемых в условиях отрицательных температур, подтверждена согласно требованиям ГОСТ 32578;
- поверхности элементов металлической конструкции, болтовых и шарнирных соединений защищены от коррозионного повреждения с учетом уровня агрессивности среды;
- соответствие качества изготовления конструкции установленным требованиям подтверждено результатами контроля;
- если температура конструкции в процессе эксплуатации превышает 100°С, то в расчетах должно быть учтено изменение механических характеристик стали и, при необходимости, влияние местных тепловых воздействий на напряженно-деформированное состояние элементов конструкции.
Примечание - При использовании положений данного стандарта для подтверждения работоспособности конструкции, бывшей в эксплуатации и отремонтированной с применением сварки, в расчетах должны быть учтены влияние изменения механических свойств металла и, при необходимости, наличие дефектов или повреждений.
5.1.2 В общем случае для элементов конструкции и соединений должны быть выполнены:
- подтверждение прочности в соответствии с разделом 6;
- подтверждение упругой устойчивости в соответствии с разделом 7;
- подтверждение сопротивления усталости в соответствии с разделом 8.
Для каждого элемента конструкции выполняются только те расчеты, которые необходимы для подтверждения его работоспособности с учетом условий эксплуатации конструкции и условий нагружения данного элемента.
Представленные в настоящем стандарте методики базируются на следующих положениях:
- расчетные напряжения в элементах конструкции вычисляются от действия внешних нагрузок по проектным размерам в предположении абсолютно упругой работы материала, без учета концентрации напряжений, допусков на изготовление, остаточных напряжений и сварочных деформаций;
- расчетные напряжения в стержневых и балочных элементах конструкции вычисляются как номинальные, то есть с использованием технической теории изгиба стержней;
- при расчете узлов, подвергаемых местному нагружению (в области локального приложения нагрузки), учитываются максимальные местные напряжения;
- в случаях, когда перемещения (прогибы) конструкций приводят к существенному (более 10%) увеличению изгибающих моментов (как, например, в сжато-изогнутых элементах) вычисление внутренних усилий в элементах конструкций следует вести по деформированной схеме (7.3).
5.1.3 Для подтверждения работоспособности конструкций, кроме методов, представленных в данном стандарте, могут быть использованы иные методы, адекватность которых должна быть подтверждена опытом применения, испытаниями или сопоставлением с известными нормативными подходами. Применение альтернативных методов должно обеспечивать надежность конструкции в условиях эксплуатации, соответствующих техническим требованиям заказчика.
5.1.4 Для анализа напряженно-деформированного состояния конструкции допускается применять метод конечных элементов.
5.2 Методы подтверждения работоспособности
5.2.1 Подтверждение работоспособности конструкции может быть выполнено путем расчета по методу предельных состояний или по методу допускаемых напряжений, которые представлены в ГОСТ 32579.1. Подтверждение сопротивления усталости в настоящем стандарте представлено только по методу допускаемых напряжений. Остальные условия работоспособности приведены для обоих методов расчета.
5.2.2 Для каждого вида расчетов указаны рекомендуемые значения коэффициентов надежности, путем непосредственного задания или ссылкой на соответствующий пункт стандарта или нормативный документ. В обоснованных случаях в расчете могут использоваться значения коэффициентов запаса или надежности, отличные от приведенных в настоящем стандарте.
5.2.3 Работоспособность конструкций или их элементов в дополнение к расчетам может быть подтверждена экспериментальными методами. Значения нагрузок при испытаниях должны соответствовать расчетным нагрузкам и комбинациям нагрузок по ГОСТ 32579 для исследуемых предельных состояний. Для подтверждения работоспособности конструкций допускается применять метод конечных элементов при условии, что постановка задачи и методы анализа соответствуют положениям настоящего стандарта.
5.3 Содержание документации по подтверждению работоспособности конструкции
Материалы, подтверждающие работоспособность конструкции, должны быть представлены в документах "Пояснительная записка" и "Расчеты", выполняемых в соответствии с ГОСТ 2.106. Они должны содержать:
- исходные данные, включая группы классификации крана и механизмов, тип системы управления приводами, параметры климатических воздействий и пр.;
- расчетные допущения и используемые модели;
- геометрические характеристики рассчитываемых элементов;
- расчетные нагрузки и комбинации нагрузок, использованные для каждого вида расчетов;
- механические свойства выбранных материалов, болтов и сварных соединений, классы качества сварки;
- значения коэффициентов надежности или запаса прочности, предельных напряжений и/или сил, использованных в условиях работоспособности;
- результаты вычисления расчетных напряжений и/или сил;
- результаты проверки выполнения условий работоспособности элементов конструкции и соединений.
6 Подтверждение прочности
6.1 Общие положения
6.1.1 Расчетное подтверждение прочности элементов конструкции выполняется для предотвращения отказов конструкции в результате разрушения, чрезмерных пластических деформаций или проскальзывания фрикционных соединений.
6.1.2 Подтверждение прочности должно быть выполнено для элементов конструкции и соединений с учетом наиболее неблагоприятных комбинаций нагрузок из групп A, B или C согласно применяемым частям стандарта ГОСТ 32579.
6.2 Подтверждение прочности элементов конструкции
6.2.1 Технические требования и условия расчета
Для элементов, нагружаемых растягивающими напряжениями перпендикулярно к плоскости проката (рисунок 1), должны использоваться стали с контролируемыми свойствами в направлении толщины по ГОСТ 28870.
Представленные методы расчета применимы к конструкциям, в которых отклонение срединных поверхностей листовых элементов от плоскости не более d/250 и отклонение осей стержневых элементов от прямой не более d/650. Здесь d - меньший размер листового элемента или длина стержня между закреплениями.
Штриховкой показано направление прокатки, стрелками - направление нагрузки
Рисунок 1 - Растяжение перпендикулярно к плоскости прокатки
6.2.2 Условие прочности и предельные напряжения
Элементы конструкции рассчитываются на прочность по следующим условиям:
- по предельным состояниям:
- по допускаемым напряжениям:
Расчетное сопротивление вычисляется следующим образом:
Допускаемое напряжение вычисляется по формуле
6.2.3 Расчетные напряжения
6.2.3.3 В расчете на прочность используются эквивалентные напряжения по теории удельной энергии изменения формы (четвертая теория прочности или теория Мизеса). Для плоского напряженного состояния эквивалентное напряжение вычисляется по формуле
6.2.3.4 При расчете на прочность стержней ферм допускается нормальные напряжения вычислять только от действия продольных сил, без учета изгибающих моментов и перерезывающих сил. Для стержней, загруженных поперечными нагрузками (например, от ходовых колес), необходимо учитывать напряжения от изгибающего момента и местного приложения нагрузки.
6.3 Подтверждение прочности сварных соединений
6.3.1 Технические требования и условия расчета
6.3.1.1 В настоящем стандарте приведены методы расчета сварных соединений, выполненных стыковыми швами, то есть с обеспечением проплавления всего сечения присоединяемого элемента (рисунок 2, а-д), и угловыми швами (е-и). Методы расчета сварных соединений элементов и/или узлов распространяются на соединения, образованные путем сварки плавлением и имеющие толщины соединяемых частей не менее 4 мм и не более 80 мм.
Рисунок 2 - Схемы сварных соединений
Примечание - Сварные соединения, выполненные точечной сваркой, а также стыковые соединения с неполным проплавлением корня шва в настоящем стандарте не рассматриваются.
6.3.2 Условие прочности
6.3.2.1 Сварные соединения стыковыми швами (рисунок 2, а-д) рассчитываются на прочность по следующим условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
6.3.2.2 Сварные соединения угловыми швами (рисунок 2, е-и) рассчитываются на прочность по касательным напряжениям по следующим условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
6.3.3 Расчетные сопротивления и допускаемые напряжения
Расчетные сопротивления вычисляются следующим образом:
Допускаемые напряжения для сварного соединения вычисляются по формулам:
|
|
|
|
|
В условии прочности использован предел текучести материала | Коэффициент для | |||
| соединений стыковыми швами, при , МПа | соединений угловыми швами, при , МПа | ||
| 420 | >420 | 420 | >420 |
элемента конструкции | 1,00 | 1,05 | 1,10-1,15* | 1,15-1,20* |
сварного шва | 1,10 | 1,15 | 1,15-1,20* | 1,20-1,25* |
* Большие значения - для соединений с длинными фланговыми швами >60 k ( k - катет шва), кроме тех случаев, когда нагрузка распределена по всей длине шва (как в поясных швах). |
6.3.4 Расчетные напряжения
6.3.4.2 Сварные соединения стыковыми швами рассчитываются на прочность по эквивалентным напряжениям, которые вычисляются как
Рисунок 3 - Схемы сварных соединений
6.3.4.3 Сварные тавровые соединения угловыми швами рассчитываются на прочность по касательным напряжениям, которые вычисляются как (рисунок 3, в, г)
где t - толщина присоединяемого элемента;
k - расчетный катет, равный меньшему катету углового шва;
где В - длина сварного соединения, равная ширине более узкого элемента (рисунок 3, а);
6.3.4.4 Сварные нахлесточные соединения угловыми швами рассчитываются на прочность по касательным напряжениям, которые вычисляются как (рисунок 4)
r - модуль радиус-вектора расчетной точки сварного шва;
Рисунок 4 - Схема сварного нахлесточного соединения (а) и площадь среза шва (б)
6.3.4.5 Для ездовой балки с рельсом над стенкой расчет на прочность сварного соединения пояса с подрельсовой стенкой, выполненного с проплавлением корня шва, производится по условию (7) или (8). Эквивалентное напряжение вычисляется по формуле
Односторонний угловой шов в соединении пояса с подрельсовой стенкой в ездовой балке недопустим.
6.4 Подтверждение прочности болтовых соединений
6.4.1 Технические требования и условия расчета
6.4.1.1 Общие требования
Для болтовых соединений должны применяться стальные болты и гайки с характеристиками, соответствующими климатическому исполнению конструкции. Механические характеристики гаек и шайб должны соответствовать характеристикам болтов. Для конструкций категорий размещения 1, 2 и 5 по ГОСТ 15150 необходимо использовать болты и гайки с защитным металлическим покрытием, соответствующим уровню коррозионной агрессивности среды.
В настоящем стандарте представлены методы подтверждения работоспособности фрикционных и срезных болтовых соединений, размещение болтов в которых удовлетворяет следующим требованиям (рисунок 5)
В настоящем стандарте даны методики расчета болтовых соединений, в которых все болты одинаковые. Не рассматриваются соединения, в которых имеется только один болт.
Рисунок 5 - Размещение отверстий в болтовом соединении, нагруженном сдвигающей нагрузкой в направлении А
6.4.1.2 Срезные соединения
Соединение используется в тех случаях, когда смещение соединяемых деталей в результате выборки зазора не оказывает негативного влияния на работу конструкции. Не рекомендуется применять срезные болтовые соединения для восприятия реверсивной нагрузки.
В срезных соединениях:
- болты должны быть установлены в отверстия по посадке, соответствующей проектной документации;
- должны быть предусмотрены меры против самоотвинчивания гаек.
6.4.1.3 Фрикционные (сдвигоустойчивые) соединения
Соединения применяются в узлах, для которых недопустим относительный сдвиг соединяемых элементов, воспринимающих статические и переменные, в том числе реверсивные, нагрузки.
В этих соединениях:
- при монтаже соединения должна быть обеспечена контролируемая затяжка болтов на заданное усилие;
- контактные поверхности соединяемых деталей должны быть подготовлены таким образом, чтобы обеспечивалось хорошее прилегание, а также стабильный и высокий коэффициент трения;
- поверхности деталей, на которые опираются головка болта и шайба, должны быть параллельны.
6.4.1.4 Фланцевые соединения
Во фланцевых соединениях:
- контактные поверхности фланцев должны обеспечивать плотное прилегание после затяжки болтов;
- болты и гайки должны быть защищены от самоотвинчивания;
- сварное соединение элемента конструкции с фланцем должно быть рассчитано на прочность по указаниям 6.3.
В настоящем стандарте представлены методы подтверждения работоспособности фланцевых соединений, в которых фланец имеет толщину не менее диаметра болта.
Рисунок 6 - Пример схемы размещения болтов во фланцевом соединении
6.4.2 Условия прочности, предельные силы
6.4.2.1 Срезные соединения
Подтверждение прочности срезного соединения требует проверки по следующим условиям:
а) прочность болта на срез;
б) прочность присоединяемого элемента и болта на смятие;
в) прочность присоединяемого элемента по сечению нетто с учетом ослабления отверстиями.
Все проверки осуществляются в форме сравнения сдвигающей силы, действующей на наиболее нагруженный болт, с предельной или допустимой сдвигающей силой.
а) Проверка прочности болта на срез производится по следующим условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
б) Проверка присоединяемого элемента и болта на смятие производится по условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
Предельная расчетная сила смятия в отверстии рассчитывается по формуле:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
в) Проверка присоединяемого элемента на прочность производится по сечению нетто по методике, изложенной в 6.2.
6.4.2.2 Фрикционные (сдвигоустойчивые) соединения
Подтверждение прочности фрикционного соединения осуществляется в форме проверки достаточности силы трения, создаваемой предварительной затяжкой болта, для восприятия максимальной сдвигающей нагрузки, приходящейся на один болт.
Проверка производится по следующим условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
Предельное значение силы трения в расчете на один болт вычисляется следующим образом:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
|
|
Способ подготовки поверхностей | Коэффициент трения |
Дробеструйная или пескоструйная обработка при отсутствии неровностей | 0,50 |
Дробеструйная или пескоструйная обработка и алюминизирование | 0,50 |
Дробеструйная или пескоструйная обработка и металлизирование с продуктом на основе цинка | 0,50 |
Дробеструйная или пескоструйная обработка с покрытием щелочно-цинковой силикатной керамикой толщиной 50-80 мкм | 0,40 |
Гальваническое покрытие поверхностей с погружением в горячий раствор и слегка подвергнутых дробеструйной или пескоструйной обработке | 0,40 |
Очистка проволочной щеткой, резаком или газовым пламенем до металлического блеска | 0,30 |
Очистка и травление поверхностей | 0,25 |
Очистка от слоев ржавчины, смазки и грязи (минимальное требование) | 0,20 |
|
|
|
|
Разность диаметров отверстия и болта | Коэффициент условий работы для случаев, в которых принимаются значения коэффициента трения | ||
| Менее 0,25 | От 0,25 до 0,35 включ. | Более 0,35 |
2 мм | 1,30 | 1,20 | 1,10 |
>2 мм | 1,60 | 1,30 | 1,20 |
6.4.2.3 Фланцевые болтовые соединения
Подтверждение работоспособности фланцевого соединения требует проверки по следующим условиям:
а) нераскрытие стыка, то есть обеспечение сжатия фланцев при минимальном возможном предварительном натяжении болта и максимальной внешней растягивающей нагрузке;
б) прочность болта при максимальном возможном предварительном натяжении и максимальной внешней растягивающей нагрузке;
в) отсутствие сдвига в стыке при действии максимальной сдвигающей силы и момента.
Сила натяжения болта под нагрузкой вычисляется с учетом взаимодействия его с фланцем (Б.2, приложение Б).
а) Проверка нераскрытия стыка при максимальной нагрузке производится по следующим условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
Предельная растягивающая сила на один болт по условию нераскрытия стыка фланцев вычисляется как
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
Рисунок 7 - Схемы установки болтов во фланцевом соединении
б) Проверка прочности болта при максимальной нагрузке производится по следующим условиям:
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
Предельная растягивающая сила от внешней нагрузки на один болт по условию прочности болта вычисляется как
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
- по предельным состояниям
- по допускаемым напряжениям
6.4.3 Расчетные силы в болтовых соединениях
6.4.3.1 Срезные и фрикционные соединения
Положение центра тяжести соединения относительно произвольной системы координат XY определяется координатами (рисунок 8)
где U - количество болтов в соединении, u=1, 2, ..., U.
Остальные обозначения приведены на рисунке 8.
Рисунок 8 - Схема нагружения болтов в срезном или фрикционном соединении
Сдвигающая сила, действующая на болт, вычисляется как
Для случая регулярного размещения болтов на прямоугольном поле и размещении начала координат в центре тяжести
где I - количество рядов болтов вдоль оси х (на рисунке 8 I=6);
K - количество рядов болтов вдоль оси у (на рисунке 8 K=4).
Расчет максимальных сдвигающих сил, действующих на болты в соединении балок на накладках, представлен в Б.1 (приложение Б).
6.4.3.2 Фланцевые соединения
Для расчета фланцевого соединения принимается линейный закон распределения сил между болтами (рисунок 9, а). Суммарная растягивающая сила от внешней нагрузки, приложенная к наиболее нагруженному болту, вычисляется следующим образом
6.5 Подтверждение прочности шарнирных соединений
6.5.1 Технические требования и условия расчета
Шарнир должен быть снабжен удерживающим устройством, препятствующим выходу оси из отверстия.
В настоящем стандарте представлены методы подтверждения работоспособности шарнирных соединений, состоящих из нескольких проушин, соединенных осью, и загруженных растягивающей силой (рисунок 10), в которых:
- относительные повороты соединенных элементов, возникающие в процессе работы машины, весьма малы;
- ось и отверстие выполнены с допусками, обеспечивающими зазор в соединении не более чем при посадке h12/H12 по ГОСТ 25346, в случае реверсивных нагрузок требуются более жесткие допуски.
Работоспособность ответственных шарнирных узлов целесообразно анализировать с помощью метода конечных элементов.
Рисунок 10 - Схема шарнира с проушиной
6.5.2 Условие прочности и предельные напряжения
Подтверждение прочности шарнирного соединения требует проверки прочности оси и присоединяемых элементов (проушин). Выполняются следующие проверки прочности:
а) оси на изгиб;
б) оси на срез;
в) оси и проушин на контактную прочность;
г) проушин на прочность с учетом ослабления отверстием (при нагружении соединения растягивающей нагрузкой).
6.5.2.1 Расчет оси на изгиб
Условие прочности оси имеет вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
Расчетное сопротивление вычисляется как
Допускаемое напряжение вычисляют по формуле
6.5.2.2 Расчет оси на срез
Условие прочности оси имеет вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
Расчетное сопротивление определяется как
Допускаемое напряжение вычисляется по формуле
6.5.2.3 Расчет оси и проушины на смятие
Условие прочности имеет вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
Расчетное сопротивление определяется как
Допускаемое напряжение вычисляется по формуле
6.5.2.4 Расчет проушин на прочность
Расчет проушины, нагруженной растягивающей силой, на прочность рекомендуется выполнять методом конечных элементов с учетом упругопластических свойств материала и условий нагружения. Для расчета проушин допускается применять методику, представленную в приложении В.
6.5.3 Расчетные напряжения
6.5.3.1 Расчет оси на изгиб
Нормальное напряжение в оси вычисляется с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета по выражению
d - наружный диаметр оси;
6.5.3.2 Расчет оси на срез
Касательное напряжение вычисляется с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета по выражению
6.5.3.3 Расчет на смятие
Напряжение смятия вычисляется с использованием расчетных нагрузок соответствующего метода расчета по выражению
7 Подтверждение упругой устойчивости элементов конструкции
7.1 Общие положения
7.1.1 В расчете на упругую устойчивость предельным состоянием считается достижение нагрузкой значения критической силы. Поведение конструкции после потери устойчивости не рассматривается.
7.1.2 Для сохранения формы условия работоспособности, в расчетах на устойчивость сжимающие напряжения считаются положительными.
7.1.3 Расчет внецентренно сжатых и сжато-изогнутых стержней выполняется по условию прочности с вычислением напряжений по деформированной схеме (теория второго порядка) (см. 7.3).
7.2 Устойчивость сжатых стержней
7.2.1 Технические требования и условия расчета
Подтверждение упругой устойчивости сжатых стержневых элементов конструкции включает:
- расчет на устойчивость;
- ограничение гибкости стержней.
Представленная методика подтверждения упругой устойчивости применима к стержневым элементам постоянного сечения по длине, загруженных продольной сжимающей силой, эксцентриситет действия е которой относительно центра любого сечения не превышает e=L/650, где L длина стержня. Эксцентриситет е может возникать в результате смещения точки приложения продольной силы, погрешности изготовления стержня или прогиба от действия поперечных нагрузок.
Условие ограничения гибкости направлено на предотвращение вибраций стержней, которые могут возникать при работе приводов крана и порывах ветра, а также повреждений при перевозке и монтаже.
7.2.2 Условия устойчивости, предельные напряжения
7.2.2.1 Условие устойчивости стержня имеет вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
7.2.2.2 Критическая сила может быть вычислена с помощью метода конечных элементов или аналитически. При использовании метода конечных элементов следует учитывать упругопластические свойства материала.
Для аналитического расчета следует использовать формулу
Коэффициент снижения допускаемых (предельных) напряжений вычисляется по формулам:
L - расчетная длина стержня, определяемая как расстояние между узлами, которые удерживают стержень от потери устойчивости в рассматриваемой плоскости (рисунок 12);
J - момент инерции сечения стержня;
А - площадь сечения стержня.
|
|
Вид закрепления стержня | Коэффициент |
2,0 | |
1,0 | |
0,7 | |
0,5 | |
1,0 |
|
|
|
|
Тип сечения | Значение коэффициента | ||
а | 0,06 | 3,8 | |
b | 0,09 | 4,4 | |
с | 0,14 | 5,8 |
Рисунок 11 - Схема к определению расчетных длин стержней
7.2.3 Расчетные напряжения
7.2.4 Условие ограничения гибкости стержня
Условие ограничения гибкости стержня записывается как
Таблица 7 - Предельные гибкости элементов
|
|
|
Элементы конструкции | Сжатые элементы | Растянутые элементы |
Пояса главных ферм | 120 | 150 |
Одностержневые конструкции стрел, колонн, мачт | от 120 до 150 | от 150 до 180 |
Остальные стержни главных ферм и пояса вспомогательных ферм | 150 | от 200 до 250 |
Прочие стержни | от 200 до 250 | от 250 до 350 |
7.3 Устойчивость сжато-изогнутых стержней
Подтверждение упругой устойчивости сжато-изогнутых и внецентренно сжатых стержневых элементов конструкций выполняется в форме проверки прочности по 6.2 с определением внутренних усилий по деформированной схеме. Методика этого расчета приведена в приложении Д.
Расчет сжато-изогнутых элементов сложно нагруженных и статически неопределимых конструкций следует производить методом конечных элементов с использованием алгоритмов, реализующих геометрически нелинейный или линеаризованный анализ устойчивости конструкций.
7.4 Устойчивость изгибаемых балок
Подтверждение упругой устойчивости балок, изгибаемых в плоскости наибольшей жесткости, производится методом конечных элементов или в соответствии с национальными нормами расчета строительных конструкций государств, упомянутых в предисловии как проголосовавших за принятие межгосударственного стандарта.
7.5 Местная устойчивость тонкостенных конструкций
7.5.1 Технические требования и условия расчета
Подтверждение упругой устойчивости сложных тонкостенных конструкций целесообразно производить методом конечных элементов. Для подтверждения упругой устойчивости плоских пластин, являющихся элементами тонкостенных конструкций, могут быть использованы локальные модели пластин, закрепление которых характеризует их связь с соседними элементами конструкции. В данном разделе приведен метод подтверждения устойчивости пластин прямоугольной формы, опертых по трем и четырем кромкам. Расчетная пластина загружается по кромкам распределенными нагрузками, действующими в ее срединной плоскости (рисунок 12, а). С пластиной связана локальная система координат ху.
|
|
- между закреплениями | /250; |
- вдоль линии присоединения ребра жесткости | а /400, |
а - расстояние между закреплениями ребра.
Рисунок 12 - Расчетные схемы пластин и условия нагружения (штриховой линией показаны шарнирно-опертые кромки)
7.5.2 Условия местной устойчивости и критические напряжения
7.5.2.1 Пластина находится в условиях плоского напряженного состояния со следующими компонентами (рисунок 12, а):
d - размер пластины вдоль оси у;
Условие устойчивости пластины имеет следующий вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
q - показатель степени, который в общем случае равен
7.5.2.2 Если пластина, опертая по четырем кромкам и загруженная, как указано в 7.5.2.1, подкреплена ребрами, то должны быть выполнены условия двух типов (рисунок 14):
а) устойчивости пластины с ребрами в целом;
б) устойчивости панелей, на которые ребра разделяют пластину.
Условие устойчивости пластины с ребрами в общем случае нагружения имеет следующий вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
Пунктиром показаны закрепленные кромки пластины
Рисунок 13 - Схема и геометрические параметры пластины с ребрами
Условие устойчивости i-й панели в общем случае нагружения имеет следующий вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
7.5.3 Расчетные напряжения
8 Подтверждение сопротивления усталости
8.1 Общие положения
8.1.1 Расчетное подтверждение сопротивления усталости конструкции имеет целью показать, что при эксплуатации машины в штатном режиме в течение установленного ресурса в элементах металлической конструкции не появятся усталостные трещины. Усталостное повреждение является локальным, поэтому расчет выполняется для конкретных расчетных зон, таких мест конструкции, в которых действуют достаточно высокие переменные во времени напряжения и присутствует существенная концентрация напряжений. Расчетными зонами обычно являются сварные или болтовые узлы, кромки вырезов и отверстий, галтельные переходы и пр.
Для подтверждения сопротивления усталости конструкции необходимо на основании анализа ее напряженно-деформированного состояния и опыта эксплуатации подобных сооружений установить перечень расчетных зон потенциально опасных с позиции усталостного повреждения. Для каждой из расчетных зон производится расчет на сопротивление усталости.
8.1.2 Методика расчета на сопротивление усталости базируется на следующих допущениях:
а) Расчет узлов и элементов конструкции на сопротивление усталости производится по номинальным нормальным напряжениям без учета касательных. Расчет угловых сварных швов ведется по номинальным касательным напряжениям без учета нормальных.
N - количество циклов нагружения элемента до возникновения усталостной трещины.
Рисунок 15 - Схемы усталостной кривой, построенной в логарифмических координатах
8.1.3 Расчет на сопротивление усталости выполняется по методу допускаемых напряжений. Условие сопротивления усталости записывается с использованием размаха номинальных нормальных или касательных напряжений, действующих в расчетной зоне. Номинальное напряжение вычисляется от действия соответствующей комбинации эксплуатационных нагрузок без учета концентрации напряжений.
- концентрация напряжений, обусловленная формой и размерами рассчитываемого узла;
- наличие допустимых дефектов;
- остаточные напряжения;
- свойства материала в районе сварного шва;
- технология сварки и процедуры обработки шва после сварки.
8.2 Условие сопротивления усталости
Условие сопротивления усталости элемента конструкции имеет вид
Условие сопротивления усталости сварного соединения с угловым швом
Метод предварительной оценки необходимости выполнять расчет на сопротивление усталости представлен в И.5 (приложение И).
8.3 Характеристики сопротивления усталости
Пределы выносливости и показатели наклона усталостной кривой для конкретных узлов определяются следующим образом:
а) для узлов без сварных соединений, или прошедших после сварки термообработку для снятия остаточных напряжений:
б) для сварных узлов в состоянии после сварки при расчете по основному элементу:
в) для сварных узлов с угловыми швами при расчете по сечению шва на срез:
8.4 Расчетные напряжения
Для расчета на сопротивление усталости по основным сечениям элементов конструкций и сварных узлов вычисляются нормальные напряжения, действующие в направлении наибольшей концентрации напряжений. Для расчета сварных соединений с угловыми швами используются касательные напряжения, вычисляемые по указаниям 6.3.4.3 и 6.3.4.4.
Анализ напряженно-деформированного состояния конструкции для расчета на сопротивление усталости может быть выполнен с помощью метода конечных элементов.
8.4.2 Коэффициенты приведения пределов выносливости к расчетному количеству циклов вычисляются как
Приложение А
(рекомендуемое)
Местные напряжения в ездовых балках
Представлены методики расчета ездовых балок в зонах местного влияния ходовых колес. Рассмотрены балки трех типов:
- коробчатые балки с рельсом, расположенным на верхнем поясе между стенками;
- двутавровые и коробчатые балки с опиранием колес на нижний пояс;
- двутавровые и коробчатые балки с рельсом, расположенным на верхнем поясе над стенкой.
А.1 Балки с рельсом между стенками
А.1.1 Подтверждение работоспособности балки в зоне местного влияния ходовых колес требует выполнения следующих расчетов:
А.1.2 Максимальные напряжения в рельсе при расположении колеса между диафрагмами вычисляются по формуле (рисунок А.1, положение 1)
Максимальные сжимающие напряжения на уровне верхней кромки диафрагмы от вертикальной нагрузки вычисляются по формуле
Рисунок А.1 - Схемы к расчету ездовой балки с рельсом между стенками
А.2 Балки с катанием колес по нижнему поясу
Дана методика расчета балок двух типов:
- балок, нижняя часть которых представляет собой тавр, по поясу которого движутся колеса (рисунок А.2, а);
- коробчатых балок с увеличенными свесами нижнего пояса, по которым движутся колеса (рисунок А.2, б).
Рисунок А.2 - Схемы ездовых балок
А.2.1 Подтверждение работоспособности балки в зоне местного влияния ходовых колес требует выполнения следующих расчетов:
а) Расчет нижнего пояса на прочность в зонах 1, 2 и 3 (рисунок А.3) по условию (1), (2), в котором расчетное напряжение вычисляется с учетом местных напряжений в i-й расчетной зоне по формуле (5), которая в данном случае имеет вид
Рисунок А.3 - Схема местного нагружения ездовых балок с катанием по нижнему поясу
А.2.2 Максимальные местные напряжения в i-й точке пояса ездовой балки при симметричном приложении двух сил Р вычисляются следующим образом (рисунок А.3, i=1, 2, 3)
где Р - нагрузка, создаваемая одним ходовым колесом;
(А.5)
(А.6)
А.3 Балки с рельсом над стенкой
А.3.1 Подтверждение работоспособности балки в зоне местного влияния ходовых колес требует выполнения следующих расчетов (рисунок А.4):
в) Расчет стенки на местную устойчивость по условию (70), (71).
А.3.2 Максимальные напряжения в стенке от местной нагрузки.
Местные сжимающие напряжения в стенке вычисляются по формуле (рисунок А.4, в)
А.3.3 Местные напряжения от изгиба стенки вычисляются по формуле
Рисунок А.4 - Схемы к расчету ездовых балок с рельсом над стенкой
|
|
|
|
|
|
|
|
Тип рельса | КР50 | КР60 | КР70 | КР80 | КР100 | КР120 | КР140 |
J | 78 ·10 | 137 ·10 | 253 ·10 | 387 ·10 | 765 ·10 | 1310 ·10 | 2130 ·10 |
Приложение Б
(рекомендуемое)
Силы, действующие в болтовых соединениях
Б.1 Распределение сил в болтовом соединении балок на накладках
Накладки должны быть размещены так, чтобы передавать нагрузки, действующие во всех элементах соединяемых балок. Для приближенного расчета соединения на накладках принимаются допущения о том, что характер распределения усилий между болтами соответствует распределению напряжений в присоединяемом элементе.
Рисунок Б.1 - Схемы к расчету болтового соединения на накладках
В пределах одного элемента сила равномерно распределяется между всеми болтами, и на один болт приходится усилие
А - площади сечения балки;
Отсюда получим выражения для изгибающих моментов, передаваемых поясами и стенками,
J - количество пар рядов болтов на стенке (на рисунке Б.1 J=3);
Делитель "2" обусловлен тем, что данная балка имеет две стенки.
Суммируя все полученные решения, найдем наибольшее усилие, приходящееся на самый нагруженный болт в соединении пояса
и стенки
Б.2 Загружение болта во фланцевом соединении
Рисунок Б.2 - Схемы к расчету болтов во фланцевом соединении
Приложение В
(рекомендуемое)
Расчет проушины шарнирного соединения на прочность
В.1 Условия расчета
Расчет проушины на прочность по сечению Б-Б может быть выполнен по нижеприведенной методике, если:
- ее конфигурация соответствует рисунку В.1, а;
- проушина нагружается растяжением без изгиба;
- ось и отверстие выполнены с допусками, обеспечивающими зазор в соединении не более чем при посадке h12/Н12 по ГОСТ 25346.
В.2 Расчет проушины на растяжение
Расчет проушины на растяжение по сечению Б-Б выполняется по следующим условиям:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
Расчетное сопротивление определяется как
Допускаемое напряжение вычисляется по формуле
Расчетное напряжение растяжения вычисляется по выражениям
Обозначения геометрических параметров приведены на рисунке В.1, а.
Рисунок В.1 - Схема проушины
Рисунок В.2 - Графики зависимости коэффициента k от параметров b/d и c/b
В.3 Расчет проушин на срез
Условие прочности проушины на срез по сечениям В-В и Г-Г (рисунок В.1, б) имеет вид:
- при расчете по предельным состояниям
- при расчете по допускаемым напряжениям
Расчетное сопротивление определяется как
Допускаемое напряжение вычисляется по формуле
Расчетное напряжение в проушине по сечениям В-В и Г-Г вычисляется как
t - толщина проушины.
Приложение Г
(рекомендуемое)
Для стержней, в которых соединение выполнено с помощью решетки (рисунок Г.1, г), эквивалентная гибкость вычисляется как
b - расстояние между осями ветвей;
Рисунок Г.1 Схемы к определению расстояния между планками
Приложение Д
(рекомендуемое)
Расчетные напряжения в сжато-изогнутом стержне
Данная методика предназначена для расчета конструкций, в которых упругие перемещения под влиянием нагрузок приводят к существенному увеличению моментов от действия сжимающих сил. При этом вычисление внутренних сил и, соответственно, напряжений производится по деформированной расчетной схеме.
где А - площадь сечения;
у и z - координаты точки, в которой определяется напряжение;
Расчетная точка сечения и, соответственно, знаки и значения координат у и z в выражении (Д.1) подбираются таким образом, чтобы получить максимальное по абсолютной величине напряжение или напряжение, необходимое для расчета конкретного узла. Для поиска максимальных напряжений в стержне сложного сечения следует проверять несколько точек.
Приложение Е
(рекомендуемое)
Критические напряжения для расчета пластин на местную устойчивость
Е.1 Критические нормальные напряжения для пластины, закрепленной по четырем кромкам
если
d и t - размеры сечения рассчитываемой пластины;
Е.2 Критическое касательное напряжение для пластины, закрепленной по четырем кромкам
Е.3 Критическое напряжение для пластины, загруженной местной поперечной нагрузкой
Е.4 Критическое нормальное напряжение для пластины, закрепленной по четырем кромкам и укрепленной ребрами
Е.5 Критическое касательное напряжение для пластины, закрепленной по четырем кромкам и укрепленной ребрами
Е.6 Критическое нормальное напряжение для пластины, закрепленной по трем кромкам
при
Е.7 Условия устойчивости пластины для частных случаев нагружения
Если пластина, закрепленная по четырем кромкам, загружена в основном продольными нормальными напряжениями, а касательные и поперечные нормальные напряжения пренебрежимо малы, то ее устойчивость будет гарантированно обеспечена при следующих условиях:
где d - ширина пластины (рисунок 12, а);
t - толщина пластины;
Приложение Ж
(рекомендуемое)
Пределы выносливости узлов металлических конструкций
Таблица Ж.1 - Классификация узлов металлических конструкций по уровням концентрации напряжений
|
|
|
|
Эскиз узла | Описание узла | Технические условия | |
Кромка прокатного листа или профиля, после термической резки | Газовая резка | 125 | |
|
| Автоматическая плазменная или лазерная резка | 140 |
Кромка прокатного листа, обрезанная ножницами или гильотиной | - | 100 | |
Высверленное отверстие или несколько отверстий | Напряжения по сечению нетто.
d 0,1 В ; a >2 d ; с >2 d | 125 | |
Болтовое соединение на высокопрочных болтах с контролируемой затяжкой (фрикционное соединение) | Расчет по сечению брутто основного листа или накладки. Двусторонние накладки (а, в) и односторонние в сечении с подкреплением (г) | 160 | |
|
| Плоское одностороннее соединение (б) | 140 |
| Болтовое соединение на болтах, работающих на срез. Знакопостоянный цикл нагружения | Расчет основной пластины или накладки по сечению нетто. Узлы типа а, в, г. | 100 |
|
| То же. Плоское одностороннее соединение (б), соединение с одним рядом болтов (д) | 80 |
|
| Расчет болта на срез ( ) | 112 |
Стыковое соединение листов или тавровое с разделкой кромок при продольном нагружении | Ручная или полуавтоматическая сварка, уровень качества С | 125 | |
|
| То же, уровень качества В | 140 |
|
| Автоматическая сварка, уровень качества В | 160 |
Продольное соединение листов угловыми швами без разделки кромок. Нагружение нормальными напряжениями по всему сечению | Сварка прерывистым швом | 70 | |
|
| Непрерывный шов, уровень качества С | 125 |
Соединение листов угловыми швами без разделки кромок. Нагружение сдвигом при равномерном распределении касательных напряжений по длине шва | Непрерывная сварка угловым швом. Расчет по касательным напряжениям в шве ( ) | 90 | |
Продольное соединение гнутых профилей стыковыми швами без разделки кромок | Расчет по нормальным напряжениям в основном сечении | 100 | |
Стыковое соединение листов стыковым швом, с симметричным расположением листов по толщине | Уровень качества В, С, более толстый лист с уклоном не более 1:2 | 125 | |
|
| Уровень качества В, более толстый лист с уклоном не более 1:3 | 140 |
Стыковое соединение листов на остающейся подкладке |
| 80 | |
Стыковое соединение листов разной толщины с односторонним скосом, подкрепленных продольным элементом | При t / t 2 с уклоном не более 1:2 | 90 | |
|
| При t / t 1,4, с уклоном не более 1:3, уровень качества С | 100 |
|
| То же, при уровне качества сварного шва В | 112 |
Стыковое соединение листов разной толщины без скоса, подкрепленных продольным элементом | При t / t 1,2 | 80 | |
Пересечение продольных и поперечных стыковых швов, при нагружении поперек стыкового шва | При уровне качества сварного шва С | 90 | |
|
| При уровне качества сварного шва В | 100 |
Стыковое соединение элементов из фасонного проката, двусторонняя сварка стыковым швом | Относительное смещение кромок у шва не более 0,2t | 90 | |
Стыковое соединение круглых труб на подкладном кольце | - | 80 | |
Стыковое соединение труб с помощью муфты (сплошной или из двух половин) | - | 80 | |
Присоединение круглой трубы к поковке | - | 50 | |
Накладка, приваренная лобовыми и фланговыми швами. Расчет по нормальным напряжениям в основном элементе | Уровень качества С, t / t >1 | 63 | |
|
| Уровень качества В, t / t >1 | 71 |
|
| Уровень качества В, t / t 1 | 80 |
|
| Обварка торца накладки с увеличенным продольным катетом, или механическая обработка шва в торцевой части | 90 |
Нахлесточное соединение лобовыми швами | - | 63 | |
Двустороннее нахлесточное соединение листов | Расчет шва на срез с учетом только фланговых швов ( ) | 63 | |
|
| Расчет по суммарному сечению элементов 1 | 50 |
|
| Расчет по сечению элемента 2 | 71 |
Поперечное ребро или соединение диафрагмы с поясом и стенкой балки угловыми швами | t > t , сварной шов идет до кромки листа толщиной t , уровень качества В , С | 63 | |
|
| t t , сварной шов до кромки листа толщиной t , уровень качества В , С t , сварной шов до кромки листа толщиной t , уровень качества В , С | 71 |
|
| t > t , сварной шов на расстоянии не менее 10 мм от кромки листа толщиной t , уровень качества С | 80 |
|
| t t , сварной шов на расстоянии не менее 10 мм от кромки листа толщиной t , уровень качества В t , сварной шов на расстоянии не менее 10 мм от кромки листа толщиной t , уровень качества В | 90 |
Тавровое соединение с разделкой. Нагружение поперек шва | Шов с односторонней разделкой на подкладке, уровень качества С | 70 | |
|
| То же, с подваркой корня, уровень качества В | 80 |
|
| Шов с двусторонней разделкой, уровень качества В | 90 |
Тавровое соединение, двустороннее без разделки кромок. Нагружение поперек шва | Расчет шва на срез ( ) | 45 | |
|
| Расчет по основному металлу, уровень качества С | 63 |
|
| То же, уровень качества В | 71 |
Окончание продольного ребра с обваркой торца | При длине ребра более 50 мм | 63 | |
|
| При длине ребра не более 50 мм | 80 |
|
| При механической обработке торца ребра и сварного шва | 90 |
Листовой элемент 2 вставлен в отверстие элемента 1 и обварен по контуру. Расчет по нормальным напряжениям в элементе 1 | Односторонний угловой шов (а) | 40 | |
|
| Двусторонний угловой шов (б) | 50 |
|
| Двусторонний шов с полным проплавлением (в) | 80 |
Косынка, приваренная к кромке нагруженной полосы стыковым швом | Прямой угол | 56 | |
|
| Скос косынки с углом не более 60 ° или закругление с радиусом не менее 50 мм | 71 |
Приварка стержня к листу | d / t 2 | 80 | |
Стержень, вваренный в отверстие в пластине. Нагрузка передается через шов | Расчет по шву ( ) | 63 | |
|
| Расчет по сечению стержня | 80 |
Присоединение фасонных профилей к косынке фланговыми или комбинированными швами | Расчет по шву ( ) | 63 | |
|
| Расчет по сечению профиля | 56 |
Присоединение трубы с прямым обрезом к косынке. Косынка вставлена в разрез трубы. Толщина стенки трубы t =2 12 мм | Соединение угловым швом. Расчет по сечению трубы | 45 | |
|
| Шов с разделкой и полным проплавлением стенки трубы. Расчет по сечению трубы | 56 |
Присоединение трубы к гнутой косынке или проушине. Толщина стенки трубы t =2 10 мм | Соединение угловым швом. Расчет по сечению трубы | 80 | |
Присоединение косынки к трубе | Расчет по сечению трубы | 71 |
Приложение И
(рекомендуемое)
Коэффициент приведения предела выносливости к расчетному количеству циклов
И.1 Общие положения
где Q - грузоподъемность крана.
Пример параметров гистограмм грузов для четырех режимов нагружения, вычисленных на базе биномиального распределения, приведен в таблице И.1 (рисунок И.1, таблица И.1).
Рисунок И.1 - Примеры гистограмм грузов для режимов нагружения Q1, Q2, Q3, Q4
Таблица И.1 - Параметры гистограмм грузов, соответствующих четырем режимам нагружения
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Относительные массы грузов Q/Q | Значения частот для режимов | |||||||
| Q1 | Q2 | Q3 | Q4 | ||||
От | 0 | до | 0,25 | включ. | 0,46 | 0,23 | 0,03 | 0 |
Св. | 0,25 | " | 0,50 | " | 0,39 | 0,40 | 0,24 | 0 |
" | 0,50 | " | 0,75 | " | 0,14 | 0,30 | 0,45 | 0 |
" | 0,75 | " | 1,00 | " | 0,01 | 0,07 | 0,28 | 1,00 |
И.1.2 Для анализа долговечности крановых конструкций, в которых размах напряжений пропорционален или в значительной степени зависит от массы поднимаемого груза, целесообразно в запас надежности считать, что кран работает в режиме нагружения Q4, то есть всегда с номинальным грузом. При этом класс использования выбирается такой, который соответствует заданной группе классификации. Это упрощает расчет, так как в этом случае I=1, и дает погрешность в запас надежности.
И.1.3 Структура циклов работы крана различна, но для расчета на сопротивление усталости может быть смоделирована с помощью нескольких типичных схем. Каждая типовая схема рабочего цикла представляет собой последовательность движений, которая выполняется краном от начала подъема груза до момента, когда он готов поднять следующий груз. Набор из K схем формируется на основе опыта эксплуатации подобных машин, анализа грузопотоков или результатов наблюдений. Если нет данных для обоснованного назначения схем, то в запас надежности может быть использована одна или несколько схем, при которых в расчетной зоне возникает наибольший размах напряжений.
И.2 Моделирование эксплуатационного нагружения конструкции
В соответствии со структурой каждого ХТЦ последовательно рассчитываются значения номинальных напряжений, возникающих в расчетной зоне при тех комбинациях нагрузок, которые соответствуют движениям, выполняемым краном. При этом определяются не только максимальные, но и минимальные напряжения (рисунок И.2). Для этого следует анализировать также "холостую" часть цикла работы крана, где возможны большие углы отклонения канатов или повышенные ускорения при пусках и торможениях.
Рисунок И.2 - Примеры графиков изменения напряжений в расчетной зоне при выполнении краном нескольких ХТЦ
И.3 Схематизация циклического нагружения
График изменения напряжений в пределах одного ХТЦ схематизируется методом полных циклов. Возможно использование метода "потоков дождя" ("rain flow") с корректировкой последующих формул с учетом того, что в этом случае выделяются полуциклы.
Для каждого ХТЦ вычисляется коэффициент циклического нагружения
Для ездовых балок при расчете по местным напряжениям коэффициент циклического нагружения можно принимать как
Приближенные оценки значений коэффициента циклического нагружения для типовых конструкций приведены в таблице И.2.
|
|
Описание конструкции и РЗ | |
Главные балки мостовых и козловых кранов без консолей (большие значения для кранов с большими динамическими нагрузками, жестким подвесом груза) | 1,1-1,3 |
Главные балки козловых кранов с консолями (большие значения для кранов с большими динамическими нагрузками) | 1,2-1,4 |
Стрелы и хоботы портальных грейферных кранов | 1,3-1,5 |
Стрелы и хоботы портальных монтажных кранов | 1,1-1,2 |
Колонны портальных грейферных кранов | 1,4-1,5 |
Узлы соединения главных и концевых балок мостовых кранов, узлы соединения жестких опор с пролетным строением козловых кранов | 1,4-1,7 |
Если максимальные напряжения определены с учетом раскачивания груза. Если в приводах передвижения использованы частотные системы управления с синхронизацией.
|
И.4 Коэффициенты приведения пределов выносливости
По результатам обработки совокупности всех ХТЦ вычисляются коэффициенты приведения пределов выносливости к расчетному количеству циклов
Здесь суммирование производится по всем J ХТЦ.
И.5 Оценка необходимости выполнения расчета на сопротивление усталости
Для предварительной оценки возможности возникновения усталостного повреждения в узле можно воспользоваться следующим условием
Остальные обозначения даны выше. Если условие (И.6) выполнено, то долговечность узла в течение назначенного ресурса обеспечена, и более подробный расчет можно не делать. Если условие не выполнено, то следует произвести расчет на сопротивление усталости по методике, приведенной в главе 8.
Библиография
|
|
|
[1] | ISO 20332:2008 | Cranes - Proof of competence of steel structures (Краны. Подтверждение несущей способности металлоконструкций) |
[2] | ISO 5817:2003 | Welding - Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding excluded) - Quality levels for imperfections (Сварка. Сварные соединения из стали, никеля, титана и их сплавов, полученные сваркой плавлением (исключая лучевые способы сварки). Уровни качества) |
[3] | ISO 16881-1 | Cranes - Design calculation for rail wheels and associated trolley track supporting structure - Part 1: General (Краны. Проектный расчет рельсовых путей и поддерживающих их конструкций - Часть 1: Общие положения) |
|
|
УДК 621.873:531.2:006.354 | МКС 53.020.20 |
Ключевые слова: краны грузоподъемные, металлические конструкции, расчет по предельным состояниям, допускаемое напряжение, прочность, упругая устойчивость, сопротивление усталости, сварное соединение, болтовое соединение, шарнирное соединение. |