НИЗКОТАВРОВЫЙ ПРОФИЛЬ ВЕРХНЕГО ПОЯСА ПОДКРАНОВОЙ БАЛКИ С ТРАПЕЦЕИДАЛЬНЫМ ПРОХОДНЫМ СЕЧЕНИЕМ Российский патент 2025 года по МПК B66C6/00 

Изобретение относится к области строительства, а именно к несущим строительным конструкциям и может использоваться как верхний пояс сварных и горячекатаных подкрановых балок.

Уровень техники

Наблюдения за состоянием подкрановых балок с трещинами свидетельствует о том, что начало развития трещин происходит обычно в зонах концентрации напряжений, вблизи сварных швов. Верхний и нижний пояса подкрановых балок работают в разных условиях, поскольку к верхнему поясу через рельс от катка крана передается местный момент, который вызывает кручение пояса на участке между ребрами жесткости и обуславливает возникновение дополнительных напряжений в верхнем поясе и прилегающей к нему части стенки. Вертикальное давление катка прикладывается на уже изогнутую действием момента из плоскости стенку. Местный момент и давление катка вызывают в стенке балки и в сварном шве нормальные напряжения, направление которых перпендикулярно направлению нормальных напряжений от общего изгиба балки, что обуславливает плоское напряженное состояние сжатой части стенки и сварного шва. Следовательно, поясной шов работает и как лобовой. Таким образом, плоское напряженное состояние верхней части балки и большое число циклов нагружения являются основанием для образования трещин в околошовных зонах [1].

Известен прокатный тавровый профиль, который включает стенку переменной толщины с линией соединения стенки и пояса в виде гиперболы (авт. свид. СССР №962518 кл. Е04СЗ / 04, опубл. в Бюл №36, 1982 г.).

Недостатком этого решения, является наличие поперечного смещения кранового рельса, что является причиной местного момента и образования трещин в околошовной зоне.

Более близким по конструктивному решению является прокатный тавровый профиль, включающий стенку переменной толщины с линией сопряжения стенки и пояса в виде гиперболы и выемкой трапецеидального проходного сечения с закруглением углов по размеру ширины подошвы кранового рельса (Патент № 62446А Украина, МПК⁷ Е04С3/04. Фасонный прокатный профиль/ Заявл. 25.03.2003; Опубл.15.12.2003, Бюл.№12).

Недостатком известного решения является значительная трудоемкость и сложность технической реализации проточки выемки трапецеидального проходного сечения для установки кранового рельса.

Технический результат

В основу изобретения положена задача усовершенствовать низкотавровый прокатный профиль, в котором новое исполнение верхнего пояса по рассчитанным прокатным уклонам позволяет выполнить последующую прокатку трапецеидального проходного сечения низкотаврового профиля в прямых горизонтальных балочных и универсальных балочных калибрах с целью снижения металлоемкости таврового профиля и повышение ресурса работы подкрановых балок за счет устранения причины образования трещин усталости в околошовной зоне соединения верхнего пояса и стенки.

Техническим результатом является снижение металлоемкости низкотаврового профиля при увеличении жесткости и удельной прочности сечения, возможность его изготовления по рассчитанным прокатным уклонам.

Раскрытие изобретения

Поставленная задача достигается тем, что в низкотавровом прокатном профиле, согласно изобретению, верхний пояс имеет равную толщину и трапецеидальное проходное сечение, выполненные по рассчитанным прокатным уклонам. Глубина трапецеидального проходного сечения соответствует толщине нижнего пояса кранового рельса КР 120 (КР 140) и упругой прокладки под ним.

Новизна

Предлагаемый новый прокатный профиль устраняет поперечное смещение кранового рельса от тормозного горизонтального усилия, являющегося причиной образования усталостных трещин в около шовной зоне соединения стенки и полки подкрановой балки, а также истирание верхнего пояса подкрановой балки под крановым рельсом в процессе перемещения груза одновременно вдоль и поперек кранового пролета.

Изобретательский уровень.

Применение прокатных валков для выполнения трапецеидального проходного сечения с соблюдением прокатных уклонов, в отличие от фрезерной проточки.

Промышленная применимость

Массовая выработка ресурса подкрановых балок по критерию образования видимых усталостных трещин и значительные финансовые издержки, связанные с заменой поврежденных подкрановых конструкций, обуславливают экономическую целесообразность внедрения предлагаемого низкотаврового профиля для увеличения индивидуального ресурса подкрановых балок и обеспечения их безопасной эксплуатации, согласно СТО-22-05-04 «Руководство по определению индивидуального ресурса стальных подкрановых балок с усталостными трещинами в стенках для допущения их временной эксплуатации» / ЗАО «ЦНИИПСК им. Мельникова. - М. 2004 г. - 42 с.

Осуществление изобретения

Наблюдения за состоянием подкрановых балок с трещинами свидетельствует о том, что начало развития трещин происходит обычно в зонах концентрации напряжений, вблизи сварных швов. Верхний и нижний пояса подкрановых балок работают в разных условиях, поскольку к верхнему поясу через рельс от катка крана передается местный момент, который вызывает кручение пояса на участке между ребрами жесткости и обуславливает возникновение дополнительных напряжений в верхнем поясе и прилегающей к нему части стенки. Вертикальное давление катка прикладывается на уже изогнутую действием момента из плоскости стенку. Местный момент и давление катка вызывают в стенке балки и в сварном шве нормальные напряжения, направление которых перпендикулярно направлению нормальных напряжений от общего изгиба балки, что обуславливает плоское напряженное состояние сжатой части стенки и сварного шва. Следовательно, поясной шов работает и как лобовой. Таким образом, плоское напряженное состояние верхней части балки и большое число циклов нагружения являются основанием для образования трещин в околошовных зонах.

На фиг. 1 показаны трещины в около шовной зоне подкрановых балок здания склада слябов обжимного цеха ООО "ЮГМК" (АМК), усиленных уголками L200х200х20, крепление которых осуществлялось на заклепках с потайными головками, расположенными под нижним поясом кранового рельса. Как видно из фиг. 1, уголки усиления L200х200х20 не обеспечивают трещиностойкости подкрановых балок. После образования трещины в местах соединения верхнего пояса и стенки происходит их образование и в уголках усиления. Кроме того, в результате поперечного движения и торможения крана с грузом происходит истирание верхнего пояса от постоянного поперечного смещения кранового рельса из плоскости на участках между узлами крепления рельса к верхнему поясу подкрановой балки. В процессе продолжительной эксплуатации толщина верхнего пояса подкрановых балок в местах опирания кранового рельса уменьшилась в среднем на 9,7 мм. Некоторые участки верхнего пояса подкрановых балок с уголками усиления имеют остаточную толщину равную 2,1 мм.

Ниже приведено конструктивное решение верхнего пояса подкрановых балок, позволяющее устранить причину возникновения усталостных трещин в около шовной зоне крепления стенки с поясом балки и истирание верхнего пояса подкрановой балки под крановым рельсом. С этой целью в верхнем поясе прокатного низкотаврового профиля предлагается дополнительная прокатка трапецеидального проходного сечения. Размер глубины трапецеидального проходного сечения принят с учетом размера края нижней грани кранового рельса и упругой прокладки под ним. Низкотавровый профиль верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением под крановый рельс КР120, КР140 приведен на фиг. 2.

Установка кранового рельса в трапецеидальное проходное сечение позволяет устранить поперечное смещение кранового рельса и истирание верхнего пояса подкрановой балки, а также выдавливание упругой прокладки в процессе эксплуатации. Кроме того, предлагаемое конструктивное решение устраняет местный момент в стенке подкрановой балки и нормальные напряжения в месте соединения верхнего пояса и стенки, направленные перпендикулярно нормальным напряжениям от общего изгиба, являющихся причиной образования усталостных трещин в около шовной зоне стенки подкрановой балки.

Результаты сравнения геометрических характеристик и напряжений балок предлагаемого прокатного профиля с традиционным верхним поясом прямоугольного сечения показали: балка с прокатным профилем и трапецеидальным проходным сечением имеет жесткость в вертикальной плоскости больше на 6,1 %, жесткость в горизонтальной плоскости больше на 7,9% по сравнению с балкой, имеющей верхний пояс прямоугольного сечения. В опасных точках от вертикальной нагрузки напряжения в балке с предлагаемым прокатным профилем в верхнем поясе меньше на 9,8 %, в нижнем поясе - меньше на 2,8 %. От горизонтальной нагрузки напряжения в балке с предлагаемым прокатным профилем меньше на 4,5 % по сравнению с балкой с прямоугольным сечением верхнего пояса. фиг. 3.

Темплет низкотавровового профиля верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением под крановый рельс КР120, КР140, выполненный с помощью 3D – принтера по металлу приведен на фиг. 4.

Конструкция низкотаврового прокатного профиля с трапецеидальным проходным сечением под крановый рельс может быть использована как верхний пояс сварных и горячекатаных подкрановых балок.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 представлены трещины в местах соединения верхнего пояса и стенки подкрановой балки склада слябов обжимного цеха, усиленных уголками L200х200х20.

На фиг.2 представлен низкотавровый профиль верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением под крановый рельс КР120, КР140.

На фиг.3 представлен расчет низкотаврового профиля верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением под крановый рельс КР120, КР140 с распределение главных напряжений в месте накатки колес мостового крана.

На фиг.4 представлен темплет низкотавровового профиля верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением под крановый рельс КР120, КР140.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ

1. Труфяков В.И., Дворецкий В.И. Расчет ресурса эксплуатации металлоконструкций, работающих под действием нестационарной нагруженности // Технические материалы для стандартизации в рамках СЭВ. – Братислава: ВУЗ, 1979. – 12 с.

2. Авт свид. СССР № 962518 кл Е04СЗ/04. Прокатный тавровый профиль. Незальзов О.Р. ДИСИ. Заявл. 22.04.1980; Опубл 30.09.1983, Бюл №36, с. 2.

3. Пат. № 62446А Украина, МПК⁷ Е04С3/04. Фасонный прокатный профиль/Давиденко А.И., Давиденко М.А., Нефедов А.А., Бєляева С.Ю. ДГМИ - №2003032564; Заявл. 25.03.2003; Опубл.15.12.2003, Бюл.№12. – с.2.

Изобретение относится к подкрановым балкам. Низкотавровый профиль верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением включает стенку переменной толщины, верхний пояс, имеющий равную толщину и трапецеидальное проходное сечение, выполненное с последующей прокаткой низкотаврового профиля в прямых горизонтальных балочных и универсальных балочных калибрах по рассчитанным прокатным уклонам. Глубина профиля соответствует толщине нижнего пояса кранового рельса и упругой прокладки под ним. Достигается увеличение ресурса подкрановых балок за счет устранения причины возникновения трещин в околошовной зоне соединения стенки с верхним поясом и снижения металлоёмкости. 4 ил.

Низкотавровый профиль верхнего пояса подкрановой балки с трапецеидальным проходным сечением, включающий стенку переменной толщины и верхний пояс, имеющий равную толщину, отличающийся тем, что трапецеидальное проходное сечение, сформированное прокаткой низкотаврового профиля в прямых горизонтальных балочных и универсальных балочных калибрах по рассчитанным прокатным уклонам, имеет глубину, соответствующую толщине нижнего пояса кранового рельса и упругой прокладки под ним.