Содержание к диссертации
Введение
1 Состояние вопроса в области исследования подкрановых балок.. 12
1.1 Напряженно-деформированное состояние подкрановых балок 12
1.2 Исследование выносливости подкрановых балок 19
1.3 Эффективные конструктивные формы сечения подкрановых балок 37
1.4 Выводы по главе 46
2 Напряженно-деформированное состояние подкрановых балок с верхним поясом из прокатных тавров 47
2.1 Выбор критерия усталостного разрушения подкрановых балок 47
2.2 Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния подкрановых балок с тавровым верхним поясом 54
2.3 Влияние технологических факторов на напряженно-деформированное состояние верхней зоны балок с тавровым верхним поясом 61
2.3.1 Влияние стыка рельса 62
2.3.2 Влияние дефектов сварного шва на напряженно-деформированное состояние верхней зоны балок 63
2.4 Влияние толщины стенки-вставки на ее напряженно-деформированное состояние. 69
2.5 Анализ работы ребер жесткости балок с тавровым верхним поясом 76
2.6 Выводы по главе 85
3 Экспериментальные исследования усталостной прочности балок с тавровым верхним поясом 87
3.1 Конструкция опытных образцов 87
3.2 Программа проведения эксперимента 94
3.3 Анализ результатов испытаний 99
3.3.1 Статические испытания 99
3.3.2 Усталостные испытания 104
3.4 Выводы по главе 107
4 Оптимизация параметров сечения подкрановых балок с тавровым верхним поясом 108
4.1 Постановка задачи оптимального проектирования подкрановых балок 108
4.2 Выбор критерия качества и описание системы ограничений 110
4.3 Ограничения в выборе варьируемых параметров по конструктивным требованиям 113
4.4 Влияние варьируемых параметров на выносливость подкрановых балок 120
4.5 Поиск оптимальных геометрических параметров сечения подкрановых балок с верхним поясом из тавра 125
4.6 Выводы по главе 132
5 Практический пример конструирования сечения подкрановой балки с верхним поясом из тавра . 135
Основные результаты и выводы 141
Литература
- Исследование выносливости подкрановых балок
- Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния подкрановых балок с тавровым верхним поясом
- Анализ результатов испытаний
- Ограничения в выборе варьируемых параметров по конструктивным требованиям
Введение к работе
.5 & (Г
Актуальность работы: В настоящее время износ основных фондов многих предприятий отечественной промышленности достиг критического состояния. Это вызвано экономическим спадом в промышленности. На данный момент многие предприятия после длительного кризиса вступили в период устойчивого экономического роста. Кроме того, появляется перспектива строительства новых производственных зданий. В связи с этим вопросы поиска эффективных конструктивных форм подкрановых конструкций, обладающих повышенной долговечностью, становятся весьма актуальными. Одним из путей решения этой задачи, является применение подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра. Наиболее нагруженная зона поперечного сечения подкрановых балок, ответственная за появление и развитие усталостных трещин, изготавливается из тавра, полученного роспуском прокатных двутавров. Таким образом, сечение подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра является промежуточным конструктивным решением между сечением, скомпонованным из трех листов и прокатным двутавром. Компонуя верхний пояс из тавра, мы избавляемся от так называемого технологического фактора в самой напряженной зоне подкрановых балок, а именно, от концентрации напряжений, вызванных дефектами и формой сварного поясного шва, и остаточных сварочных напряжений.
При соответствующем обосновании, оптимизации сечения по усталостной долговечности, возможно получить эффективное решение сечения подкрановых балок для мостовых кранов различного режима работы и грузоподъемности.
Цель диссертационной работы: исследование действительной работы и разработка рекомендаций по проектированию подкрановых балок с верхним поясом из прокатных тавров с учетом оптимизации сечения и обеспечением выносливости верхней зоны стенки.
Результатом исследования является методика определения геометрических параметров сечения подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра с гарантированной выносливостью на базе 3.. .4х 106 циклов загружения.
Для достижения поставленной цели:
- проанализированы результаты исследований напряженно-деформированного состояния эксплуатируемых подкрановых балок и факторов, влияющих на нагруженность кон
выполнен анализ результатов исследований усталостной долговечности сварных подкрановых балок и проведен анализ конструктивных форм подкрановых балок;
исследованы особенности напряженно-деформированного состояния подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра;
исследованы конструктивные особенности и напряженно-деформированное состояние ребер жесткости подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра;
проведены сравнительные испытания на усталостную прочность крупномасштабных моделей;
выполнена оптимизация сечения подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра с учетом выносливости верхней зоны стенки;
разработаны рекомендации по проектированию подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра.
Научную новизну работы составляют:
методика определения предела выносливости подкрановых балок по критерию интенсивности напряжения;
выявленные особенности напряженного состояния подкрановых балок в зоне перехода от стенки тавра к поясу;
выявленное влияние геометрии зоны сопряжения стенки тавра и стенки-вставки и различных дефектов сварного стыкового шва на напряженно-деформированное состояние балки;
разработанная конструктивная форма ребер жесткости для подкрановых балок с верхним поясом из тавра;
оптимальные параметры сечения подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра с учетом выносливости.
Практическую значимость работы представляют:
методика определения предела выносливости верхней зоны подкрановых балок по критерию интенсивности напряжений (а);
разработанная методика расчета и рекомендации по проектированию подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра;
предложенные конструктивные формы ребер жесткости для подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра;
оценка влияния дефектов сварных швов в зоне сопряжения тавра со стенкой-вставкой на выносливость подкрановых балок.
На защиту выносятся:
методика определения предела выносливости для подкрановых балок по критерию интенсивности напряжений (а)\
результаты оптимизации сечения подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра, методика их расчета и рекомендации по проектированию;
результаты численного исследования напряженно-деформированного состояния балок с верхним поясом из прокатного тавра;
результаты сравнительных испытаний на усталостную прочность моделей подкрановых балок с верхним поясом из прокатного тавра и традиционных балок.
Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования производственных зданий проектной организацией ОАО «Новосибирский Промст-ройпроект» и в учебный процесс на кафедре «Строительные конструкции и здания на железнодорожном транспорте» СГУПС.
Апробация результатов работы. Основные результаты исследований и материалы диссертации докладывались и обсуждались на конференциях и семинарах:
Научно-техническая конференция, посвященная 65-летию университета «Проблемы железнодорожного транспорта и транспортного строительства Сибири». - Новосибирск, 1997;
Научно-практическая конференция «Актуальные проблемы Транссиба на современном этапе». - Новосибирск, 2001;
Научно-техническая конференция «Архитектура и строительство». - Томск, 2002;
Региональная научно-практическая конференция «Вузы Сибири и дальнего Востока Транссибу». - Новосибирск, 2002;
Научно-технические конференции. - Новосибирск, НГАСУ, 1996,2001,2003;
УШ Украинская научно-техническая конференция «Металлические конструкции: Взгляд в прошлое и будущее». - Киев, 2004г.;
V Всероссийский семинар «Проблемы оптимального проектирования сооружений». - Новосибирск, 2005 г.
Публикации: основное содержание работы изложено в 8 печатных работах, опубликованных в научных журналах, сборниках статей и материалах конференции.
Объем и структура работы: работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы (103 источника). Общий объем диссертации 154 страницы, в том числе 56 иллюстраций и 23 таблицы.
Исследование выносливости подкрановых балок
Первая глава посвящена анализу состояния вопроса повышения надежности и долговечности сварных подкрановых балок.
Проведен анализ работ, посвященных выявлению причин образования трещин и совершенствованию методики расчета подкрановых балок на усталостную прочность. Рассмотрены конструктивно-технологические мероприятия, направленные на повышение долговечности подкрановых балок.
Во 2-й главе проведен сравнительный анализ местного напряженного состояния балок с тавровым поясом из широкополочного и колонного тавра и с листовым поясом при совпадающей геометрии сечения балок. Определено безопасное соотношение толщин стенки вставки и стенки тавра в подкрановых балках. Рассмотрено влияние дефектов в сварном стыковом шве на напряженное состояние. Определена конструктивная форма ребер жесткости для балок с тавровым верхним поясом.
Долговечность зоны местного напряженного состояния, ответственной за усталостные разрушения, предлагается определять по критерию интенсивности напряжений (сг,), как наиболее обобщенному показателю напряженно-деформированного состояния материала.
В 3-й главе изложены результаты экспериментальных исследований работы крупномасштабных моделей подкрановых балок с тавровым поясом при статической и многоцикловой нагружениях. Целью проведения эксперимента было выявление особенностей напряженно-деформированного состояния балок с тавровым поясом и сравнение его с эталонной балкой (сварной составной из трех листов), а также, сравнительная оценка долговечности балок с тавровым поясом и сварных составных балок.
В 4-й главе приведены результаты проведенной оптимизации сечения подкрановых балок с тавровым верхним поясом. Проведен анализ результатов оптимизации. Предложена методика компоновки сечения подкрановых балок с верхним поясом из тавра с учетом обеспечения усталостной прочности.
5-я глава посвящена практическому примеру определения сечения подкрановой балки с верхним поясом из тавра с учетом обеспечения его выносливости. Напряженно-деформированное состояние подкрановых балок
Подкрановые конструкции производственных зданий работают в тяжелых условиях, существенно отличающихся от работы обычных балочных конструкций. Подвижные, многократно повторяющиеся вертикальные и горизонтальные воздействия, имеющие динамический характер из-за наличия стыков рельсов, выбоин, неровностей положения путей, вызывают сложное напряженное состояние в подкрановых балках.
Многочисленные исследования, проведенные в ЦНИИСК им. В.А. Кучеренко, ВНИИПТМАШ, МИСИ им. В.В. Куйбышева и других вузах бывшего СССР (В.И. Бабкин, В.Н. Валь, А. А. Васильев, А.И. Кикин Б.Н. Кошутин, Ю.С. Кукин, К.К. Муханов, С.А. Нищета, С Ф. Пичугин, В.А. Плотников, А.Х. Хохарин, К.А. Шишов, и другие), позволили уточнить фактические нагрузки от мостовых кранов и условия их приложения. Объектами исследования являлись конструкции, непосредственно воспринимающие крановые нагрузки: колонны и подкрановые балки, а также стальные конструкции моста крана.
Выполненные экспериментальные исследования нагруженности подкрановых конструкций можно разделить на два основных направления: - накопление статистических данных о массах перемещаемых грузов и величинах вертикальных давлений на их колесах Р в условиях действующих производств; - изучение природы боковых крановых воздействий Г, накопление статистических данных о них, установление зависимостей между вертикальными и боковыми воздействиями.
Целью исследований являлось нормирование коэффициентов к вертикальной и горизонтальной нагрузке. Результаты всех этих работ отражены в нормах [81].
Для определения усталостной долговечности подкрановых балок по предложению М.М. Гохберга [23] применяется нормальные нагрузки рабочего состояния, то есть нагрузки, вероятность появления которых в процессе эксплуатации является наибольшей.
Исследованию напряженного состояния верхней зоны подкрановых балок, ответственной за усталостное разрушение, посвящены исследования А.А. Апалько, В.А. Балдина, ЕЖ Беленя, Б.М, Броуде, В.М. Горпинченко, А.И. Кикина, Б.Б. Лампси, Н.Н. Малышкиной, Е.А. Митюгова, К.К. Нежданова, Э.А. Рывкина и многих других ученых.
В настоящее время установлено, что верхняя зона стенки подкрановых балок, в которой возникают преимущественно усталостные трещины, испытывает сложное напряженное состояние, складывающееся из напряжений общего изгиба, кручения и местного напряженного состояния от сосредоточенного эксцентричного (по отношению к оси балки) давления катков крана. Последнее вызывает местное смятие стенки балки и местное кручение верхней зоны (изгиб стенки из плоскости). В результате в верхней зоне стенки возникает многокомпонентное напряженное состояние. местные напряжения изгиба стенки, вызванные закручиванием верхнего пояса балки.
Составляющие плоского напряженного состояния можно характеризовать главными нормальными напряжениями 3\, а2 и касательными напряжениями. Тідтах=0,5х(аі+а2), Т2тах=-0,5ха2.
Сравнительный анализ напряженно-деформированного состояния подкрановых балок с тавровым верхним поясом
В результате этих исследований разработана методика расчета подкрановых балок на усталость, утвержденная нормативными документами [15]. В СНиПе эта проверка имеет вид: 0,5 +0,36 + 0А т1оСгХ R (1 9) где Rv - расчетное сопротивление усталости для всех сталей, принимаемое равным соответственно для балок сварных и на высокопрочных болтах: R v— 75 МПа (765 кгс/см2) и 95 МПа (930 кгс/см2) для сжатой верхней зоны стенки (сечения в пролете балки); Rv= 65 МПа (665 кгс/см2) и 89 МПа (875 кгс/см2) для растянутой верхней зоны стенки (опорные сечения неразрезных балок).
Для имитации работы мостовых кранов тяжелого режима работы в Пензенском ИСИ в 1972 г. под руководством профессора Е. И. Белени был создан стенд для испытания балок на выносливость, позволяющий испытывать по четыре подкрановых балки одновременно на базе нескольких миллионов циклов нагружения. На этом стенде были проведены испытания традиционных сварных балок из стали ВСтЗспЗ с поперечными ребрами жесткости.
ЕМ. Беленя, К.К. Нежданов [7, 56, 57] в своих исследованиях пришли к выводу, что, причиной возникновения первых микросдвигов, а затем и усталостных трещин, являются касательные напряжения Т2гаах (см. рис. 1.1), которые принимались равными: действующие по площадкам, направленным под углом 45 к поверхности стенки.
На основании обширных экспериментов получен предел выносливости сжатой зоны стенки на базе 2 млн. циклов нагружения, равный =81,5МПа. В таблице 1.2 представлены значения выносливости, полученные авторами, в зависимости от числа циклов.
Напряжения Тгтах действует с пульсирующим циклом рдаО, который совпадает с циклом главных напряжений а і и ст2 Согласно эксперименту со стороны эксцентриситета главные сжимающие напряжения &2 были близки по величине напряжениям сту. Следовательно, напряжения т2гаах под колесом крана приближенно равны:
Напряженное состояние в поверхностном слое стенки со стороны эксцентриситета было значительно более неблагоприятным, чем с противоположной, в связи с тем, что все напряжения в этой повреждаемой зоне достигали экстремальных значений. Во всех испытанных балках усталостные трещины возникали со стороны эксцентриситета в шве или в околошовной зоне и развивались вдоль балки.
В результате была получена кривая усталости, которая в логарифмических координатах, имеет вид представленный на рис. 1.5.
На основании обобщения предыдущих работ и дополнительных экспериментальных и теоретических исследований К.К Неждановым совместно с В.А. Тумановым [58, 59, 92] предложено оценивать выносливость верхней зоны подкрановых балок по трем различным площадкам:
Б.Б. Лампси [45] в своих исследованиях показал, что в подкрановых балках, рассчитываемых по методике СНиПа [83] в предположении упругой работы материала, в действительности возможно появление пластической области в верхней зоне стенок даже при нормативных нагрузках. Эти области перемещаются вдоль балок вместе с грузом и при имеющих место в подкрановых балках циклических нагрузках они могут оказаться одной из главных причин возникновения и развития усталостных трещин. Суммарные
Алгоритм расчета подкрановых балок на выносливость по методике К. К. Нежданова, В. А. Туманова Следовательно, как утверждает Б.Б. Лампси, подкрановые балки необходимо проверять на появление в них пластических областей по приведенным напряжениям:
В последнее время большое внимание уделяется работе подкрановых балок с трещинами. Процесс развития трещин является достаточно длительным, а «живучесть», и, следовательно, эксплуатационная пригодность балок вследствие имеющихся в них резервов несущей способности не ограничивается моментом появления трещин. Таким образом, одним из путей продления эксплуатационной пригодности поврежденных балок может являться их временная эксплуатация без ограничения грузоподъемности. В этих работах исследуют усталостную долговечность до полного разрушения балок. Предлагаются прогнозы развития трещин. Определяют допустимые с точки зрения безопасности по различным критериям размеры трещин и скорость их роста.
В работе В.И. Бабкина [2] разработана методика определения коэффициента интенсивности напряжения (КИН) для горизонтальных трещин в стенке балок с учетом общего и местного напряженного состояния, позволяющая учитывать влияние жесткости верхней полки и рельса.
Анализ результатов испытаний
Для уточнения влияния дефектов стыкового шва в подкрановых балках с верхним поясом из тавра на программном комплексе COSMOS/M был проведен расчет типовой подкрановой балки под мостовые краны 50/12,5т. В качестве верхнего пояса применялся колонный тавр. Нагрузка была подобрана таким образом, что в зоне радиусов закругления тавра обеспечивалась выносливость основного металла, интенсивность напряжений равнялась сч«150МПа. При этом была рассчитана конструкция без дефекта и с тремя вариантами дефектов сварного соединения. Дефекты сварного шва были приняты в виде подреза в нижней зоне шва (снизу) и в виде подреза в верхней зоне шва (сверху), а также с дефектом в виде непровара в середине сварного шва. Длина всех дефектов была принята равной 2см. Геометрические размеры сварного шва моделировались с учетом требований ГОСТ 8713-79 [21]. При этом все дефекты моделировались в сечении под нагрузкой. Схема расположения дефектов стыкового шва представлена на рис. 2.8.
Как видно из рисунков и таблицы 2.3 интенсивность напряжений а; в балках с введенными дефектами возрастает по сравнению с бездефектным швом от 7 до 40%. Максимальное увеличение напряжений имеет стыковой шов с дефектом в виде непровара. Минимальное увеличение (7%) зафиксировано в стыковом шве с верхним подрезом. Последнее объясняется большей толщиной вертикальной стенки тавра по сравнению со стенкой-вставкой (на 2 мм).
В работе В, Ф. Сабурова [76] отмечается, что при испытаниях сварного поясного шва подкрановых балок с дефектом в виде подреза глубиной 0,72-0,10мм, выносливость также снизилась по сравнению с бездефектной балкой на 31%.
Следует отметить, что, несмотря на то, что местные напряжения в стенке тавра по плоскости в уровне верхней полки были близки к предельно допустимым, максимальные напряжения по стыку не превышали ЮОМПа. Последнее свидетельствует о повышенной долговечности зоны сварного стыка даже при наличии непроваров. Von Mlses 90S .0(9(919
Распределение напряжений Oj в случае непровара Кроме дефектов сварного шва был рассмотрен дефект в виде линейного смещения кромок стыка. Допустимые значения линейного смещения кромок соединяемых деталей согласно ГОСТ 23118-99 [19] в зависимости от уровня качества приведены в таблице 2.4. Для выяснения влияния смещения кромок на напряженно деформированное состояние был проведен расчет подкрановой балка с верхним поясом из тавра со смещение стенки вставки на 1, 2, Змм и без смещения. Напряжения сравнивались по сечению стенки вставки под сварным швом. Результаты расчета приведены нарис. 2.14.
Согласно требованиям ГОСТ 23118-99 [19] для анализируемой балки предельно-допустимое значение линейного смещения при высоком качестве изготовления составляет п-1,1мм. При этом напряжения в околошовной зоне повысились относительно балки без смещения на 5%, что вполне допустимо. При смещение 2мм увеличение напряжений составило - 15%, при смещении Змм - 23%. Следовательно, допустимое нормами линейное смещение не должно особо повлиять на выносливость подкрановых балок с верхним поясом из тавра.
Большое влияние на напряженное состояние стенки подкрановых балок, а, следовательно, и на их выносливость оказывает сама толщина стенки. При использовании в качестве верхнего пояса подкрановых балок тавров толщина стенки в верхней зоне напрямую зависит от размеров сечения верхнего пояса.
По конструктивным требованиям ширина верхнего пояса подкрановых балок не может быть менее 250мм при креплении железнодорожного рельса и 350мм при креплении специальных крановых рельсов. Минимально возможная толщина стенки тавров при выше приведенных требованиях равна 8мм, максимальная толщина — 23мм. По рекомендациям [50] минимальная толщина стенки принимается 6мм. Как известно толщина стенки в значительной мере влияет на общую массу конструкции.
В связи с этим возникает вопрос о допустимой разнице толщины стенки тавра и стенки-вставки. По рекомендациям ЯЛ. Каплуна [31] для удобства крепления ребер жесткости рекомендуется компоновать сечение балок так, чтобы разность в толщинах стенок тавров и стенки-вставки была не более 2-3мм. Согласно требованиям нормативных документов на сварные соединения встык элементов разной толщины [18, 21] разница в толщине не должна превышать 2мм при толщине элементов от 4 до 30 мм. При разнице в толщине элементов более 2мм требуется выполнять скосы (рис, 2.14) более толстого элемента. Геометрию кромок и сварного шва следует выбирать по меньшей толщине.
Для исследования напряженного состояния стенки подкрановой балки при изменении толщины стенки был проведен расчетный анализ зоны стыка с помощью программного комплекса COSMOS/M. Для расчета принята типовая подкрановая балка (серия 1.426.2-3) под два крана тяжелого режима работы Q=50/l 2,5т (длина балки 6м, пролет крана 34,5м), у которой верхний пояс заменен тавром 20КТ2 (толщина стенки тавра 11мм). При этом толщина стенки вставки менялась от 11 до 6мм. Сечение расчетной балки приведено на рис. 2.15. Сечение условного рельса принято из условия равенства моментов инерции прямоугольного сечения и рельса КР80. Ребра жесткости приняты сечением -90x6мм и установлены с шагом 1500мм, нагрузка прикладывалась от действия одного крана.
Ограничения в выборе варьируемых параметров по конструктивным требованиям
Для выбора оптимального варианта конструкции необходимо иметь как минимум два из них. Для объективного сравнения каждому варианту нужно поставить в соответствие число, характеризующее его качество. Это число зависит от параметров оптимизации, является их функцией, которую принято называть целевой функцией задачи оптимизации. Вместе с требованием ее увеличения или уменьшения она служит критерием оптимальности.
Наиболее полно вопрос о критериях оптимальности рассмотрен в работе [15]. В.И. Гордеев приводит таблицу целевых функций (критериев оптимальности), адекватно отвечающим оптимизируемым объектам. Подобную таблицу с некоторыми дополнениями приводит И.С. Холопов [96]. Обобщая обе эти работы, можно сделать вывод, что традиционные критерии, такие как минимум массы (объема) не утратили свою значимость и дают хорошие результаты.
Принимая во внимание выбранный критерий качества - минимум массы конструкции - возможно поставить задачу в форме минимизации целевой функции. Обозначим через Х=(хь Хг, Хз, ..., Xf) вектор переменных параметров конструкции; Gj(X) 0 (j=l, 2, 3, .... n) - система ограничений: условия прочности, жесткости, выносливости, устойчивости и т.д., наложенные на проектируемую конструкцию; f(X) - скалярная величина функции, соответствующая принятому критерию оптимальности. Множество X, удовлетворяющее системе ограничений (допустимое множество или допустимая область параметров), обозначим Q, то есть:
Ограничения по жесткости: при кранах режима работы 1К-6К fmax L/400 при кранах режима работы 7К fmax L/500 при кранах режима работы 8 К fmax L/600
Конструктивные ограничения: а) ширина верхнего пояса: - не менее 250мм - при крепление железнодорожного рельса без тормозной конструкции; - не менее 320мм — при креплении рельса на планках для кранов грузоподъемность до 80т при отсутствии тормозной конструкции; - не менее 360мм - при креплении рельса на планках для кранов грузоподъемность до 80т при сквозной тормозной конструкции; - не менее 400мм - при креплении рельса на планках для кранов грузоподъемность до 80т при сплошной тормозной конструкции; - не менее 400мм - при креплении рельса на планках для кранов грузоподъемность более 80т при отсутствии тормозной конструкции (максимальная ширина полки прокатного двутавра 400мм).
Перед началом оптимизации рассмотрим некоторые вопросы отраженные в конструктивных ограничениях.
Согласно конструктивным ограничениям пункта а) ширина верхнего пояса не может быть меньше 250мм. В таблице 4.1 указаны все двутавры колонного и широкополочного типа, у которых ширина верхнего пояса равна или более 250мм, учитываемые при рассмотрении вариантов сечения. На рис. 4.2 приведено сечение двутавра с обозначениями принятыми в таблице 4.1.
Как известно минимум массы балки определяется, в том числе и минимальной толщиной стенки. В связи с этим рассмотрим минимально допустимые значения толщин стенок-вставок для каждого двутавра по условию технологии сварки и из условия усталостной прочности стенки-вставки. По условию изготовления сварного стыкового шва разница толщин не должна превышать двух миллиметров (без обработки кромок). Ограничение по толщине стенки вставки при обеспечении усталостной прочности сечения в уровне сварного шва определено в главе 2. Отношение толщины стенки тавра к стенке вставки подкрановой балки с поясами из тавров не должно превышать значения 1,6 для широкополочного и 1,15 —для колонного тавра
Как видно из формулы, значение Oj определяется всеми компонентами напряженного состояния, но основное влияние оказывают компоненты местного напряженного состояния. Изменение высоты рассматриваемого типа подкрановой балки и размеры его нижнего пояса влияют в основном на напряжения ах и тху. На значения остальных составляющих напряженного состояния наибольшее влияние оказывает изменение тавра. Если учесть, что в зоне максимальных значений CTJ под местом приложения силы Fk значения тху близки к нулю, то, следовательно, высота полного сечения и размеры сечения нижнего пояса не должны оказывать существенного влияния на изменение напряжений О; при малой изменчивости напряжений общего изгиба ох. Так как напряжение общего изгиба ах при оптимальном сечении по верхней полке близко к расчетному сопротивлению и в рассматриваемой зоне меняется незначительно.
Для проверки данного предположения с помощью программного комплекса COSMOS/M был проведен расчет семи подкрановых балок, у которых верхний пояс в виде тавра не изменялся (30ШТ1), а остальные размеры поперечного сечения изменялись таким образом, чтобы момент сопротивления по верхнему поясу оставался постоянным.
