Konstrukcja
i obliczanie
belek
podsuwnicowych
Konstrukcja
i obliczanie
belek
podsuwnicowych
Belki podsuwnicowe
Ogólne zasady kształtowania i obliczania
Wyznaczanie naprężeń w belkach bisymetrycznych i ze
wzmocnionym pasem górnym
Wyznaczanie naprężeń w belkach z tężnikiem blaszanym
Wyznaczanie naprężeń w belkach z tężnikiem kratowym
Sprawdzanie naprężeń stycznych i zastępczych oraz inne
zalecenia
Konstrukcja tężników belek podsuwnicowych
Szczegóły konstrukcyjne belek podsuwnicowych. Kozły o
dbojowe
Rodzaje belek podsuwnicowych
Wieloletnie doświadczenia oraz obserwacje montażu i eksploatacji belek
podsuwnicowych doprowadziły do tego, że belki podsuwnicowe kształtuje się głównie
jako pełnościenne.
Rodzaje belek pełnościennych:
•
belki walcowane lub blachownice
ze wzmocnionym pasem górnym
lub bez wzmocnienia,
•
belki blachownicowe
z poziomym tężnikiem blaszanym,
•
belki blachownicowe
z poziomym tężnikiem kratowym
•
Współcześnie projektowane belki
podsuwnicowe są z reguły
jednoprzęsłowe, swobodnie
podparte, o rozpiętości równej
rozstawieniu słupów głównych hali, tj.
6,00-24,00 m.
•
Nie stosuje się obecnie belek podsuwnicowych ciągłych, a także belek
ażurowych.
Przekrój i wysokość belek podsuwnicowych dobiera się według zasad jak przy projektowaniu
belek walcowanych lub blachownic spawanych, wysokość można wyznaczyć ze wzoru:
)
1
(
)
4
,
1
2
,
1
(
w
t
W
do
h
)
2
(
2
2
max
max
l
c
P
M
x
l
c
gdzie
5
,
0
Ogólne zasady kształtowania i
obliczania
Natomiast jeżeli a > 0,5857xl, największy moment zginający uzyskuje się
przy ustawieniu koła suwnicy na środku belki.
Ściskane pasy belek, zależnie od
rozpiętości belki i udźwigu suwnic, mogą
być usztywnione przez ich poszerzenie, a
także przez zastosowanie tężnika kratowego
lub tężnika z blachy żeberkowej. W belkach
projektowanych ze stali o podwyższonej
wytrzymałości należy z reguły stosować
tężniki (pełnościenne lub kratowe).
Usytuowanie złączy spawanych powinno
być dostosowane do wytrzymałości danego
rodzaju złącza i jakości jego wykonania
Przekrój pasów belek podsuwnicowych o rozpiętości do 12,00 m jest najczęściej stały
na całej długości, natomiast belki o rozpiętości ponad 12,00 m powinny być projektowane
o zmiennym przekroju pasów lub z złamanym pasem dolnym
Belki podsuwnicowe wymiaruje się wedługmetody stanów
granicznych
• nie należy obliczać belek podsuwnicowych według teorii
plastyczności,
• wliczanie przekroju szyny do przekroju belki może być stosowane,
gdy łączniki pod względem konstrukcyjnym i wytrzymałościowym
zapewniają możliwość włączenia szyny jako części składowej
przekroju (należy je sprawdzać na działanie sił rozwarstwiających).
Wyznaczanie naprężeń w belkach
bisymetrycznych i ze wzmocnionym pasem
górnym
Założenia do obliczeń:
•
obciążenia pionowe od nacisku kół suwnicy przenosi cały
przekrój belki,
•
wpływ obciążeń poziomych można uwzględniać z
pominięciem skręcania,
•
moment zginający od obciążeń poziomych i siłę poziomą
od podłużnego hamowania suwnicy przenosi przekrój
zastępczy, złożony z pasa górnego belki, części środnika
o wysokości 15t
w
oraz ewentualnie z szyny
H
P
y
x
H
r
Schemat rozkładu sił na
belce podsuwnicowej
Wyznaczanie naprężeń w belkach
bisymetrycznych i ze wzmocnionym pasem
górnym
xd
dyn
p
x
w
x
d
W
M
M
1
g
r
y
y
xg
L
dyn
p
x
w
x
g
A
H
W
M
W
M
M
Naprężenia w poszczególnych przekrojach belki z uwzględnieniem
stateczności
wg PN-90/B-03200 wyznacza się ze wzorów
• w dolnym pasie belki (naprężenie rozciągające)
• w górnym pasie belki (naprężenie
ściskające)
Naprężenia w poszczególnych przekrojach belki z uwzględnieniem stateczności
wg PN-90/B-03200 wyznacza się ze wzorów
•
w dolnym pasie belki (naprężenie rozciągające)*
•
w górnym pasie belki (naprężenie ściskające)
w
x
M
p
x
M
)
3
(
xd
dyn
p
x
w
x
d
W
M
M
)
4
(
1
g
r
y
y
xg
L
dyn
p
x
w
x
g
A
H
W
M
W
M
M
- moment zginający od ciężaru
własnego belki i zmiennego
chodników, a ewentualnie także od
ciężaru dachu lub innych konstrukcji
- moment zginający od pionowych
nacisków kół suwnicy
- współczynnik dynamiczny
- wskaźnik wytrzymałości całego
przekroju belki, odniesiony do dolnej
krawędzi przekroju
- wskaźnik wytrzymałości całego
przekroju belki, odniesiony do górnej
krawędzi przekroju
- moment zginający od poziomych
oddziaływań kół suwnicy
- wskaźnik wytrzymałości
zastępczego przekroju pasa górnego
belki
względem osi y-y, odniesiony do
badanego punktu przekroju
- siła pozioma od hamowania suwnicy
w kierunku równoległym do toru
- pole przekroju pasa górnego wraz ze
współpracującą częścią środnika
- współczynnik zwichrzenia
- współ. wyboczeniowy pasa górnego
belki dla wyboczenia giętnego
względem osi y-y
dyn
xd
W
xg
W
y
M
y
W
r
H
g
A
L
1
Wyznaczanie naprężeń w belkach z tężnikiem
blaszanym
Belki pełnościenne z poziomym tężnikiem
pełnościennym oblicza się według założeń:
• obciążenia pionowe od nacisku kół suwnicy przenosi cały
przekrój belki,
• wpływ obciążeń poziomych można uwzględniać z
pominięciem skręcania,
• moment zginający od obciążeń poziomych
M
y
przenosi
zastępczy przekrój pasa górnego belki podsuwnicowej i cała
blachownica pozioma
• Siłę poziomą od hamowania suwnicy w kierunku
równoległym do toru przenosi zastępczy przekrój pasa
górnego blachownicy głównej
Wyznaczanie naprężeń w belkach z tężnikiem
blaszanym
•Naprężenia w dolnym pasie belki należy wyznaczyć
analogicznie jak w belkach bez tężników
•Naprężenie ściskające w górnym
pasie
belki w punkcie A
g
r
y
y
xg
L
dyn
p
x
w
x
g
A
H
I
x
M
W
M
M
1
Wyznaczanie naprężeń w belkach z tężnikiem
blaszanym
y
y
x
L
x
I
x
M
W
M
2
1
1
1
•Naprężenia na krawędzi tężnika poziomego w punkcie B
• w dolnym pasie belki należy wyznaczyć
naprężenie analogicznie jak w belkach bez
tężników,
• w górnym pasie belki naprężenie ściskające w
punkcie A (rys. powyżej) oblicza się ze wzoru:
• na krawędzi tężnika poziomego naprężenie
normalne w punkcie B (rys. powyżej)
oblicza się ze wzoru:
)
5
(
1
g
r
y
y
xg
L
dyn
p
x
w
x
g
A
H
I
x
M
W
M
M
)
6
(
2
1
1
1
y
y
x
L
x
I
x
M
W
M
Naprężenia oblicza się następująco:
w
x
M
p
x
M
dyn
xg
W
r
H
g
A
- podane
wcześniej
y
M
- moment zginający od
poziomych oddziaływań suwnicy
- moment bezwładności
zastępczego przekroju pasa
górnego
- moment zginający w elemencie
zewnętrznym obramowania
chodnika
od obciążenia ciężarem własnym
i użytkowym chodnika
- wskaźnik wytrzymałości
przekroju obramowania
- odległości skrajnych włókien od
środka ciężkości
- współczynnik zwichrzenia,
ustalony jak dla belki z bocznym
stężeniem
podłużnym
- współczynnik zwichrzenia dla
elementu zewnętrznego
obramowania chodnika (w
praktyce najczęściej przyjmuje
się 1)
y
I
1
x
M
1
x
W
2
1
,x
x
L
1
L
Wyznaczanie naprężeń w belkach z tężnikiem
kratowym
Belki pełnościenne z tężnikiem kratowym oblicza się przyjmując analogiczne
założenia jak dla belek z tężnikiem z blachy.
Naprężenia oblicza się następująco:
• w dolnym pasie blachownicy analogicznie jak przy belkach bez tężników,
• w skrajnym włóknie górnego pasa belki naprężenie ściskające ze wzoru:
• w zewnętrznym pasie tężnika poziomego naprężenie ściskające ze wzoru:
)
7
(
1
1
g
r
yp
yp
g
Hp
xg
L
dyn
p
x
w
x
g
A
H
W
M
A
S
W
M
M
)
8
(
2
1
1
t
Hp
x
x
A
S
W
M
w
x
M
p
x
M
dyn
xg
W
r
H
g
A
L
1
x
M
1
x
W
- podane wcześniej
Hp
S
- maksymalna siła w pasach kratowego tężnika poziomego, wywołana siłą Hp i wyznaczona jak
dla kratownicy
- moment zginający w pasie górnym od siły Hp działającej między węzłami kratownicy
- wskaźnik wytrzymałości zastępczego przekroju pasa górnego względem osi pionowej
- pole przekroju zewnętrznego pasa tężnika kratowego
- współczynnik wyboczeniowy dla pasa górnego belki wyznaczony jak dla pręta kratownicy
- współczynnik wyboczeniowy wyznaczony dla zewnętrznego pręta tężnika poziomego
yp
M
yp
W
t
A
1
2
b) Belki w sąsiadujących nawach
a) Belka skrajna z tężnikiem kratowym
Rozkład sił działających na belkę
podsuwnicową
Przy obciążeniu tężnika siłą Hp powstają w obu pasach tężnika siły osiowe Shp oraz
dodatkowy moment zginający Myp.
Moment zginający w pasie górnym belki podsuwnicowej, między węzłami kratownicy
tężnika,
(rys niżej) oblicza się w przybliżeniu ze wzoru:
• a w węzłach kratownicy:
)
10
(
5
d
H
M
p
yp
)
11
(
7
d
H
M
p
yp
We wszystkich podanych wzorach naprężenia σ nie mogą przekroczyć
wytrzymałości obliczeniowej fd
d
- odstęp między węzłami kraty tężnika
Sprawdzanie naprężeń stycznych i
zastępczych oraz inne zalecenia
Naprężenia styczne należy sprawdzać na podporach belek podsuwnicowych przy
najniekorzystniejszym ustawieniu obciążenia i z uwzględnieniem współczynnika
dynamicznego.
Naprężenia zastępcze w środniku belki podsuwnicowej sprawdza się wg zasad:
A.
Na krawędzi środnika przylegającej do pasa obciążonego kołami
suwnicy naprężenia zastępcze wyznacza się ze wzoru:
x
)
12
(
3
2
2
2
y
x
y
x
z
w
dyn
y
t
z
P
max
w
x
f
dyn
p
w
t
I
S
V
V
naprężenia normalne przy zginaniu w górnej
części środnika od obciążeń pionowych
naprężenia normalne w górnej części
środnika od nacisku koła suwnicy
naprężenia styczne
B.
Na krawędzi środnika przylegającej do pasa dolnego, nie obciążonego
bezpośrednio kołami suwnicy
•
Naprężenia zastępcze wyznacza się ze wzoru:
Naprężenia zastępcze nie mogą przekroczyć wytrzymałości
obliczeniowej stali.
Żebra usztywniające
•
W miejscach stosowania zastrzałów podpierających tężniki poziome należy
stosować żebra dwustronne
•
Ze względu na duże siły skupione, przyłożone do pasa górnego belki, stosuje się
często żebra poziome i pionowe drugorzędne
)
13
(
3
2
2
x
z
•
Rys. Belka podsuwnicowa z użebrowaniem pionowym i poziomym
Konstrukcja tężników belek
podsuwnicowych
•
Tężniki belek podsuwnicowych zarówno pełnościenne, jak i kratowe są
wykorzystywane jako chodniki do obsługi torów
•
Szerokość tężników przyjmuje się w zależności od koniecznej szerokości chodnika,
przy czym stosunek szerokości do rozpiętości powinien być większy niż 1/20
•
Przy szerokości tężnika ponad 0,9 m zaleca się stosować tężniki kratowe
•
Na środnik tężników pełnościennych przyjmuje się blachę żeberkową grubości min 3,5
mm
•
W przypadku gdy
b
0
/t
0
≥140 należy
stosować żebra jednostronne od dołu,
prostopadłe do osi belki podsuwnicowej i usztywniające środnik tężnika (rys. a)
•
Pas zewnętrzny tężnika blachownicowego, jak i kratowego stanowi belkę nośną
chodnika
•
W przypadku tężników kratowych za rozpiętość tej belki przyjmuje się rozstaw
zastrzałów podpierających ją na pasie dolnym belki podsuwnicowej
–
Zastrzały rozmieszcza się co 2-3 m i łączy
z żebrami pionowymi, usztywniającymi
środnik belki (najczęściej co drugie żebro)
–
W pionowej płaszczyźnie zastrzału
powinien znajdować się słupek kraty
tężnika
•
Ze względu na zginanie pas tężnika
powinien być obliczony jako pręt ściskany
mimośrodowo
•
Najczęściej stosowane przekroje pasów tężników pokazano na rys. (pas o stałym
przekroju)
•
Najczęściej stosowane przekroje krzyżulców i słupków na rys. (krzyżulce i słupki
projektuje się zwykle z takiego samego profilu )
•
Chodnik, w postaci kratek pomostowych, układa się bezpośrednio na kracie tężnika, a
słupki poręczy mocuje się do pasa.
Szczegóły konstrukcyjne belek
podsuwnicowych. Kozły odbojowe
Szyny toru suwnicy
łączy się za pomocą spoin lub śrub
a)
Przy połączeniu spoinami przekrój szyny jest
najczęściej prostokątny i wliczany do
przekroju belki podsuwnicowej (spoiny muszą
być ciągłe, a ich przekrój dobiera się,
sprawdzając naprężenia)
b)
Przy łączeniu szyny o przekroju prostokątnym
na śruby jest konieczne wykonanie rowków
w dolnej ich części lub dospawanie uchwytów
c)
Szyny o kształcie dwuteowym łączy się
najczęściej na śruby bezpośrednio z pasem
górnym belki podsuwnicowej
Metoda elastycznego
mocowania szyn systemem
Gantrex
• Szyna
• Kotwa
• Klema
• Podkładka
• Blacha członowa
Żebra usztywniające
•
W miejscach stosowania zastrzałów podpierających tężniki poziome należy stosować
żebra dwustronne
•
Ze względu na duże siły skupione, przyłożone do pasa górnego belki, stosuje się
często żebra pionowe i poziome drugorzędne
•
Przekroje belek podsuwnicowych o wzmocnionym pasie górnym są usztywniane
żebrami pionowymi. Żebra pionowe w belkach blachownicowych mogą być
jedno- bądź dwustronne lub dawane na zmianę, raz z jednej raz z drugiej strony
•
Gdy na słupie opierają się dwie belki
podsuwnicowe, żebra podporowe
kształtuje się zwykle w postaci blachy
czołowej (między blachami sąsiadujących
belek umieszcza się podkładki grubości
8 -12 mm)
•
Na terenach o słabych gruntach lub ze
szkodami górniczymi korzystniej jest
kształtować połączenie tak, aby zapewnić
możliwość regulacji położenia suwnicy
Połączenie szyn sąsiednich belek powinno być tak wykonane, aby umożliwiać ruchy termiczne tych belek. Styki
szyn mogą być:
a)
prostopadłe do osi toru
b)
ukośne
Prześwit między stykowanymi szynami nie powinien przekraczać 50 mm.
Styki ukośne mogą być wykonywane, gdy przesuw podłużny jednego odcinka szyny względem drugiego
nie przekracza 15 mm.
Przy większych przesuwach należy stosować styki prostopadłe
Na końcach torów suwnic należy umieszczać kozły odbojowe, które zapobiegają zsunięciu się suwnicy w
przypadku awarii urządzeń hamujących. Zderzaki kozłów są wykonane z drewna, przy czym niekiedy daje się
nakładki gumowe. Sprężysty zderzak jest umieszczony na moście suwnicy (kozły odbojowe należy obliczać na
uderzenie jednej skrajnej suwnicy)
• kozioł odbojowy –rozwiązania konstrukcyjne:
Usytuowanie na belce i wymiary kozła odbojowego zależą od wymiarów suwnicy,
zagospodarowania technologicznego hali, rozwiązania konstrukcyjnego kozła
odbojowego ze zderzakiem i wymogów wytrzymałościowych.
Kozioł odbojowy (rys.) oblicza
się jako wspornik
zamocowany, obciążony siłą
poziomą
P
na ramieniu
r
. Siła
P jest umieszczona na wysokości
zderzaka suwnicy. Siłę
uderzeniową można
zredukować przez
zastosowanie klina na końcu
toru jezdnego. Wówczas energia
suwnicy jest zużyta na
podniesienie jej na wysokość klina
h
k
)
14
(
2
g
v
h
k
v
- nominalna szybkość suwnicy
- przyspieszenie ziemskie
g
Tory jezdne suwnic podwieszonych
•
Suwnice podwieszone produkowane obecnie mają koła o kształcie beczkowym, które
są przegubowo połączone z suwnicą za pośrednictwem tzw. wahaczy
– zapobiega to przeciążeniu jednej strony pasa dolnego belki torów
jezdnych
•
W celu poprawienia pracy suwnic, na pasie dolnym dwuteownika normalnego są
umieszczane często dodatkowe elementy czyniące tor jezdny poziomym (rozwiązanie
to jest niekorzystne ze względu na szybkie niszczenie się spoin. Zaleca się więc, aby
koła suwnicy toczyły się bezpośrednio po dolnej półce belki.)
•
Podwieszenie toru jezdnego do konstrukcji dachu (rysunki poniżej) może
być:
1)
sztywne :
- o niewielkim udźwigu
[bez możliwości
regulacji]
1- dźwigar główny
2 – podkładka
podwieszona
- o średnim udźwigu
(do 32 kN)
[z możliwością
regulacji]
2) Przegubowe
Połączenia takie ograniczają wpływ momentów
zginających powstających wskutek oddziaływań
poziomych suwnicy na belkę i dźwigar
Tory szynowe proste i krzywoliniowe o udźwigu 2000 kg
•
elastyczne rozwiązanie do transportu materiałów
pomiędzy stanowiskami pracy
•
szeroka gama komponentów obejmująca profile
proste oraz krzywoliniowe
•
łatwość instalacji, rozszerzenia i modyfikacji
dzięki modułowej budowie profili i komponentów
•
dobre wykorzystanie przestrzeni roboczej
•
łatwość instalacji pod innymi suwnicami
pracującymi w hali oraz przenoszenia z miejsca
na miejsce
•
konstrukcja oparta na profilach
umożliwiających płynna jazdę i lekkość obsługi
Przykłady rozwiązań z zastosowaniem
suwnic
Suwnica
obsługująca port w
Hamburgu
KONIEC
DZIĘKUJEMY ZA UWAGĘ