PROJEKT BELKI PODSUWNICOWEJ I SŁUPA W STALOWEJ HALI PRZEMYSŁOWEJ CZĘŚĆ 1 BELKA PODSUWNICOWA

Transkrypt

1 PROJEKT BELKI PODSUWNICOWEJ I SŁUPA W STALOWEJ HALI PRZEMYSŁOWEJ Pomoce dydaktyczne:. norma PN-EN 99-- Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania ogólne. Ciężar objętościowy, ciężar własny, obciążenia użytkowe w budynkach.. norma PN-EN 99-- Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania ogólne - Obciążenie śniegiem.. norma PN-EN Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania ogólne - Oddziaływania wiatru. 4. norma PN-EN 99-- Projektowanie konstrukcji stalowych. Regóły ogólne i reguły dla budynków. 5. norma PN-EN 99- Oddziaływania na konstrukcje. Oddziaływania wywołane dźwignicami i maszynami. 6. norma PN-EN Projektowanie konstrukcji stalowych. Blachownice. 7. norma PN-EN 99-6 Projektowanie konstrukcji stalowych. Konstrukcje wsporcze dźwignic. 8. "Stalowe hale i budynki wielokondygnacyjne" - W.Kucharczuk, S.Labocha 9. "Zasady sporządzania rysunków stalowych konstrukcji budowlanych" W.Kucharczuk 0. "Tablice do projekt owania konstrukcji metalowych" - W.Bogucki, M.Żyburtowicz Projekt powinien zawierać: - określenie wysokości oraz szerokości hali - zestawienie obciążeń - obliczenia statyczne projektowanych elementów - wymiarowanie belki podsuwnicowej i słupa - rysunek warsztatowy belki podsuwnicowej - rysunek warsztatowy słupa - zestawienie materiałów do rysunków warsztatowych UWAGA: Projekt powinien być oddany w formie elektronicznej na płycie cd.. Dane CZĘŚĆ BELKA PODSUWNICOWA Hala jednonawowa o układzie ramowym: rozstaw ram: L B : 8m ilość pól: n : 8 długość hali: L H : nl B < założenia < założenia Suwnica natorowa dwudźwigarowa jadnohakowa: udźwig: Q h : 00kN rozpiętość: L s : 0m rozstaw kół: R : 5m skrajne położenie haka: e min : 0.9m ciężar całkowity: G c : 70kN ciężar wózka: G t : 7kN prędkość podnoszenia: v h : m min iloś kół dla jednego toru: n : ilość torów: n r : liczba kół napędzanych: m w : < założenia < założenia < odczytane z tablic < odczytane z tablic < odczytane z tablic < założenia < założenia < założenia < założenia < założenia Strona

2 . Obciążenia Przyjęto obciążenia zgodnie z PN-EN 99-. Współczynniki obliczeniowe dla oddziaływań: - G :.5 - Q :.5 Rozpatrzone zostaną jako miarodajne grupy oddziaływań od do 6 zgodnie z tablicą. normy. Strona

3 Wart ości współczynników :. dla klasy podnoszenia min :., : 0.4 stąd min +, v h :.5 Strona

4 .. Oddziaływania pionowe Wartości dla grupy obciążenie : ( G c - G t Q rmin : n ( G c - G t Q rmin : G t e min kN nl s ( G t L s - e min kN nl s ( Q h L s - e min Q rmax : Q rmin kn nl Q h e min Q rmax : Q rmin kN nl s Q rmax - maksymalne oddziaływanie koła suwnicy z ładunkiem Q rmax - dopełniające oddziaływanie koła suwnicy z ładunkiem Q rmin - minimalne oddziaływanie koła suwnicy bez ładunku Q rmin - dopełniające oddziaływanie koła suwnicy bez ładunku Strona 4

5 Wartości dla grupy obciążenie : Q rmin : Q rmin 67.49kN Q rmin : Q rmin 8.007kN ( Q h L s - e min Q rmax : Q rmin kn nl Q h e min Q rmax : Q rmin kN nl s Wartości dla grupy obciążenie : G c - G t Q rmin : n G c - G t Q rmin : n G t e min kN nl s ( ) G t L s - e min kN nl s Q rmax : 0kN Q rmax : 0kN Wartości dla grup obciążenie 4, 5, 6: ( 4 G c - G t Q rmin4 : n ( 4 G c - G t Q rmin4 : 4 G t e min kN nl s ( 4 G t L s - e min kN nl s ( 4 Q h L s - e min Q rmax4 : Q rmin kn nl 4 Q h e min Q rmax4 : Q rmin kN nl s Q rmin5 : Q rmin4 Q rmin6 : Q rmin4 Q rmin5 : Q rmin4 Q rmin6 : Q rmin4 Q rmax5 : Q rmax4 Q rmax6 : Q rmax4 Q rmax5 : Q rmax4 Q rmax6 : Q rmax4 Strona 5

6 gr_obc Q rmax i kn Q rmaxi kn Q rmini kn Q rmini kn Oddziaływania poziome Przyśpieszenie mostu suwnicy; grupy obciążenie,,, 4: współczynnik tarcia stal-stal: 6 : 0. siła napędu suwnicy: K : 6 m w Q rmin4 4.54kN Q rmax4 współczynnik geometryczny: 8 : Q rmax4 + Q rmax4 8 : odległość środka ciężkości układu od osi jazdy: l s : ( ) L s moment napędu: M : Kl s 4.95m knm 0.7 Siły poziome podłużne: H L 5 K 8.407kN H n L : H L 8.407kN r Siły poziome poprzeczne: M M H T kN H R T 5 8 R.9kN Strona 6

7 Zukosowanie mostu suwnicy; grupa obciążenia 5: przyjęto kąt ukosowania: + : 0.05 parametr: f : 0.( - exp( -50+)) 0.9 < 0. odległości kół od elementów prowadzących: e : 0m e : R 5 m e + e współczynnik: 5 S : gdzie n nr 8 e 8 e współczynniki: 5 ST : n R ST : n R Siły poziome poprzeczne: H ST : f5 ST nq rmax4.886kn H ST : f5 ST nq rmax4 5.66kN Przyśpieszenie wózka suwnicy; grupa obciążenia 6: Można przyjąć, że siła pozioma H T spowodowana przyśpieszeniem lub opóźnieniem wózka suwnicy jest uwzględniona w sile poziomej H B (siła uderzenia w zderzaki spowodowana ruchem wózka) Siły poziome poprzeczne: ( ) H T : 0. G t + Q h.7 kn Strona 7

8 . Parametry przekroju belki podsuwnicowej Przyjęto stal S5JR: f y : 5MPa - M0 : ; s : 78.5 kn m E : 0GPa Przyjęto wymiary: Es : 000mm a : 0mm b : 0mm c : 50mm d : Es - c 850mm tg : 5mm td : tg 5mm h : 500mm t : 7mm h0 : 0.h bg 00mm : 80mm bd : 80mm tb : 6mm hb : d - b - 0.5bg + a 670mm Przyjęto ceownik U40 J Uy : 605cm 4 W Uy : 86.4cm J Uz : 6.7cm 4 eu :.75cm A U : 0.4cm h U : 40mm tw U : 7mm Przyjęto szynę SD75 m S : 0.56 kn b m s : 00mm Zakładamy że rózne części przekrou przenoszą rózne obciążenia i wyznaczamy 4 przekroje cząstkowe: - przenosi obciążenia pionowe - przenosi obciążenie poziome prostopadłe do osi belki - przenosi obciążenia poziome równoległe do osi belki (siły osiowe) 4 - przenosi obciążenia pionowe z części pomostu roboczego Strona 8

9 Przekrój : określenie położenia osi y-y A : bgtg 57cm S : A ( td + h + 0.5tg) 978.5cm A : bdtd 4cm S : A 0.5td.5cm A : ht 5cm S : A ( td + 0.5h) 97.5cm ys : S + S + S A + A + A 9.85mm wskaźniki wytrzymałości względem osi y-y dla punktów () i (): J : bg tg 0.687cm 4 e : h + td + 0.5tg - ys 8.675mm J : bd td 7.875cm 4 e : ys - 0.5td 86.5mm J : t h cm 4 e : ys - td - 0.5h 8.85mm J y : i ( ) J i + A i e i cm 4 J y W y 04.8 cm J y : W td + tg + h - ys y : ys cm Strona 9

10 nośność na zginanie dla przekroju klasy : W y f y W y f y M yrd : 74.85kNm M - yrd : kNm M0 - M0 pole przekroju czynnego przy ścinaniu: A v : ht 5cm warunek stateczność środnika przy ścinaniu (gdzie / : i : ): h 7.49 < 7 / 7 t nośność na ścinanie: Przekrój : A v f y V yrd : - M kn określenie położenia osi z-z A : bgtg 57cm S : A 0mm 0cm A : h0t 7cm S : A 0mm 0cm A : hbtb 40.cm S : A ( 0.5bg - a + 0.5hb) 00.cm A 4 : A U 0.4cm S 4 : A 4 ( d - eu) 698.cm zs : S + S + S + S 4 A + A + A + A 4 99.mm wskaźniki wytrzymałości względem osi z-z dla punktów () i (): J : tg bg 6859cm 4 e : zs 99.mm J : h0 t 0.86cm 4 e : zs 99.mm J : tb hb 508.5cm 4 e : 0.5hb - a + 0.5bg - zs 05.77mm J 4 : J Uz 6.7cm 4 e 4 : d - zs - eu 5.7mm 4 J z : i ( ) J i + A i e i cm 4 J z W z 5.97 cm J z : W zs + 0.5bg z : d - zs 80.5cm nośność na zginanie dla przekroju klasy : W f W f Strona 0

11 W z f y W z f y M zrd : 74.7kNm M - zrd : kNm M0 - M0 częściowe pole przekroju czynnego przy ścinaniu: A v : bgtg 57cm nośnośćna ścinanie: A v f y V zrd : - M0 77.6kN Przekrój : A : bgtg + h0t 64cm nośność na ściskanie: Af y N crd : 504kN - M0 Przekrój 4: W Uy f y nośność na zginanie względem osi yu-yu: M UyRd : 0.04kNm - M0 nośność na ścinanie: A v : h U tw U 9.8cm A v V UyRd : - M0.4 Sprawdzenie klasy przekroju belki podsuwnicowej f y.964kn / : 5MPa f y Pas górny wspornikowy element ściskany 0.5 bg t smukłość c/t ( - ).4 < 4/ 4 klasa tg Środnik część wewnętrzna zginana i ściskana -ys współczynnik B : -.44 < -.0 h + td + tg - ys smukłość c/t h t 7.49 < 6/ ( - B ) (-B ) klasa.5 Obciążenie ciężarem własnym i pomostem roboczym Belka podsuwnicowa dodatkowo obciążona jest ciężarem własnym i obciążeniem użytkowym. Obciążenia te dzielimy na przekroje i 4 przy czym obciążenie użytkowe dla przekroju możemy pominąć. Obciążenie przekroju : p : ( bgtg + ht + bdtd + 0.5hbtb) ; s + m S.77 kn m p d : p.5.89 kn m Strona

12 Obciążenie przekroju 4: ( ) ; s Konspekt: belka podsuwnicowa i słup g 4 : A U + 0.5hb tb 0.8 kn m q 4 : 0.5 kn m 0.5hb p 4 : g 4 + q kn m 0.67 kn m p 4d : g q kn m.6 Obliczenia statyczne Przy obliczaniu belki podsuwnicowej występują przypadki obciążenia: - jeśli R < 0.586L B : - jeśli e > 0.586L: Strona

13 gdzie: PyQ rmax - maksymalna siła pionowa PxH L - maksymalna siła pozioma podłużna Pz - maksymalna siła pozioma poprzeczna pu - ciężar własny ceownika oraz pomostu z obciążeniem technologicznym py - ciężar włąsny belki podsuwnicowej Wartości sił wewnętrznych w przypadku gdy R < 0.586L B : Maksymalne momenty gnące: M yed P y 8L B ( ) L B - R + p y L B 8 M ymax P z 8L B ( ) L B - R Maksymalna siła tnąca: L B - R p y L B L B - R V yed P y + P y + V L B zed P z + P z L B Maksymalna siła normalna: N Ed P x Wartości sił wewnętrznych w przypadku gdy R > 0.586L B : Maksymalny moment gnący: P y L B p y L B P z L B M yed + M 4 8 zed 4 Maksymalna siła tnąca: P y p y L B P z V yed + V zed Maksymalna siła normalna: N Ed P x Wartości sił wewnętrznych w ceowniku: Strona

14 p u L B p u L B M UyEd V 8 UyEd Konspekt: belka podsuwnicowa i słup Ponieważ rozstaw kół suwnicy R 5m > 0.586L B 4.688m, najbardziej niekorzystny układ obciążenia belki występuje w momencie gdy jedno koło suwnicy znajduje się dokładnie w środku rozpiętości. Ze względu na proporcje wartości sił zewnętrznych rozpatrywać będziemy grupy obciążeń (dla sił pionowych) i 5 (dla sił poziomych): - ponieważ Q rmax 9.55kN > Q rmax kN 5 - ponieważ H ST 5.66kN > H T.7kN Grupa obciążeń Obliczeniowe wartości obciążeń gdzie współczynnik dla obciążeń od suwnicy - :.5: obciążęnie pionowe belki: Py : Q rmax kn py : p d.89 kn m obciążenie poziome prostopadłe: Pz : H T - obciążenie poziome osiowe: P x : H L -.444kN 4.85kN obciążenie pionowe pomostu: pu : p 4d 0.68 kn m Wart ości sił wewnętrznych w przekroju środkowym: M yed 4 Py L B 8 py L : + B 59kNm M zed : 4 Pz L B N Ed : P x 4.85kN M UyED 8 pu L : B 6.888kNm 5.444kNm Wart ości sił śc inających: V yed Py : + py L B 9.58kN V zed : Pz 5.7 kn V UyEd : pu L B Grupa obciążeń 5.7kN Obliczeniowe wartości obciążeń gdzie współczynnik dla obciążeń od suwnicy - :.5: obciążenie pionowe belki: Py : Q rmax5-8.4 kn py : p d.89 kn m Strona 4

15 obciążenie poziome prostopadłe: Pz : H ST kN obciążenie pionowe pomostu: pu : p 4d 0.68 kn m Wart ości sił wewnętrznych w przekroju środkowym: M yed5 4 Py L B 8 py L : + B kNm M zed5 : 4 Pz L B N Ed5 : 0kN 96.9kNm M UyEd 8 pu L : B 5.444kNm Wart ości siłścinających: V yed5 Py : + py L B.77kN V zed5 : Pz 4.07 kn V UyEd : pu L B.7kN.7 Warunki nośności belki podsuwnicowej Grupa obciążeń punkt (): M yed M yrd + M zed M zrd N Ed <.0 N crd punkt (): M yed 0.98 <.0 M yrd punkt (): M zed M zrd M UyEd <.0 M UyRd Ścinanie: V yed 0.94 ; V yrd V zed 0.0 ; V zrd V UyEd 0.0 < 0.5 V UyRd ponieważ wszystkie wartości są mniejsze od 0.5 nie zachodzi interakcja pomiędzy ścinaniem i zginaniem a nośność na ścinanie jest wystarczająca. Grupa obciążeń 5 punkt (): M yed5 M yrd + M zed5 M zrd N Ed <.0 N crd Strona 5

16 punkt (): M yed <.0 M yrd punkt (): M zed5 M zrd M UyEd <.0 M UyRd Ścinanie: V yed5 0.6 ; V yrd V zed5 0.0 ; V zrd V UyEd 0.0 < 0.5 V UyRd ponieważ wszystkie wartości są mniejsze od 0.5 nie zachodzi interakcja pomiędzy ścinaniem i zginaniem a nośność na ścinanie jest wystarczająca..8 Ugięcia Warunki ugięć dla belki podsuwni cowej - jeśli R < 0.586L: Maksymalne ugięcie: ( ) ( ) ( ) ( ) 4 Q rmax L B - R L B - L B - R 5 p U L B H L B - R L B - L B - R f y + f 48EI y 84 EI z y 48EI z - jeśli R > 0.586L: Maksymalne ugięcie: 4 Q rmax L B 5 p U L B HL B f y + f 48EI y 84 EI z y 48EI z Ugięcie dopuszczalne: L B f f y + f z < f dop 500 Warunki ugięć dla pomostu 4 5 p y L B L B f Uy < f 84 EI dop Uy 50 Grupa obciążeń Strona 6

17 pionowe: f y : 48 poziome: f z : 48 Konspekt: belka podsuwnicowa i słup Q rmax L B EJ y H T L B EJ z 4 5 p L B + 4.4mm 84 EJ y 0.767mm L B wypadkowe: f : f y + f z 4.6mm < f dop : 500 6mm 4 5 p 4 L B L B pomostu: f Uy : 0.77mm < f 84 EJ Udop : Uy 50 mm Grupa obciążeń 5 pionowe: f y : 48 poziome: f z : 48 Q rmax5 L B EJ y H ST L B EJ z 4 5 p L B +.585mm 84 EJ y.74mm L B wypadkowe: f : f y + f z.69mm < f dop : 500 6mm 4 5 p 4 L B L B pomostu: f Uy : 0.77mm < f 84 EJ Udop : Uy 50 mm.9 Nośność przy obciążeniu skupionym Obliczeniowa wartość nacisku koła suwnicy: F zed : Q rmax5 F zed 69.4kN h w : h h 0.5 m t f : tg t f 5mm t w : t t w 7mm Dla suwnicy o Q00kN - zalecany typ szyny to SD75 : b fr : 00mm K r : 75mm Wysokość szyny: h r : 85mm Wysokość główki szyny: Masa szyny: d : 9.5mm m sz : 56. kg m Strona 7

18 Mimośród szyny: e ysz : 5.04cm Moment bezwładności szyny: Pole przekroju szyny: I ysz : 5cm 4 A sz : 7.6cm Odległość rozpatrywanego poziomu środnika od dolnej powierzchni pasa górnego belki: Szerokość z : 0mm efektywna pasa belki: b eff : b fr + h r + t f b eff 00mm < bg 80mm Moment bezwładności przekroju pasa belki o szerokośći efektywnej: b eff t f I rfeff b eff t f z + t : + f I rfeff.75cm 4 Moment bezwładności przekroju poprzecznego szyny: I r : I ysz + A sz ( h r - e ysz + t f + z ) I r 9.475cm 4 Moment bezwładności wzgledem osi poziomej przekroju współpracującego złożonego z przekroju poprzecznego szyny i przekroju pasa belki o szerokości efektywnej: I rf : I rfeff + I r I rf l eff.5 : l t w eff 485mm L eff : l eff + z L eff 485mm Naprężenia od siły podłużnej w punkcie z: F zed z ozedz : - L eff t w h ozedz 49.8MPa w h w - całkowita wysokość środnika - M :.0 f y : 5MPa Strona 8

19 ozedz f y 0. Warunek jest spełniony. - M. Wymiarowanie słupa Słup jest wymiarowany na podstawie sił odczytanych ze statyki (program do obliczeń statycznych). Wymiarowaniu podlega górna część słupa, dolna - wewnętrzna, dolna - zewnętrzna oraz skratowanie słupa. Założenia: Obudowa ścian oparta na fundamencie - słupy nie obciążone ciężarem obudowy.. Wyznaczenie klasy przekroju (tabl. 5. normy [4]).. Wyznaczenie nośności charakterystycznej przekroju przy ściskaniu Klasa, i N Rk Af y A > pole powierzchni przekroju poprzec znego elementu f y > granica plastyczności stali Klasa 4 N Rk A eff f y A eff > pole powierzchni współpracującej przekroju poprzecznego elementu. Wyznaczenie wartości odniesienia do wyznaczenia smukłości względnej E 5 : E > moduł sprężystości podłużnej stali (E0GPa) f y.4 Wyznaczenie długości wyboczeniowej w rozpatrywanej płaszczyźnie wyboczenia elementu Strona 9

20 L cr 6 L m > współczynnik długości wyboczeniowej L > długość lub wysokość elem entu.5 Wyznaczenie smukłości względnej przy wyboczeniu giętnym Klasa, i 5 L cr i > promień bezwładności przekroju i5 Klasa 4 5 L cr i5 A eff A.6 Przyjęcie krzywej wyboczeniowej (tabl. 6. normy [4]).7 Wyznaczenie paramentru krzywej niestateczności ( ) ( ) α > parametr imperfekcji na podstawie tab. 6. normy [4].8 Wyznaczenie współczynnika wybczeniowego (pkt 6.. normy [4]) A ( ) Wyznaczenie nośności charakterystycznej przekroju przy zginaniu względem osi y UWAGA: Pamiętać należy, że z godnie z [4] zmianie uległo nazewnictwo osi przekroju. M y.rk W y f y W y > wskaźnik wytrzymałości względem osi y.0 Wyznaczenie smukłości względnej przy zwichrzeniu W y f y 5 LT M cr > moment krytyczny przy zwichrzeniu sprężystym M cr : EI z M cr C L I C I z + L G IT : E I z I T > moment bezwładności przy skręcaniu, I C > wycinkowy moment bezwładności. Przyjęcie parametru imperfekcji α LT przy zwichrzeniu na podstawie tablicy 6. normy [4] Strona 0

21 . Przyjęcie parametrów pomocniczych 5 LT.0 0.4, 0.75 LT LT 5 LT - 5 LT.0 +, 5 LT ( ). Wyznaczenie współczynnika zwichrzenia (pkt. 6.. normy [4]) A LT lecz A LT.0 oraz A LT LT + LT -, ( 5 LT ) 5 LT.4 Wyznaczenie współczynników interakcji k yy, k zy (na podstawie tabeli B, B, B załącznika B normy [4]) k yy C my 5 N ( - 0.) Ed + lecz k A y N Rk yy C my k zy 0.6k yy - M N Ed A y N Rk - M.5 Sprawdzenie nośności elementów ściskanych i zginanych N Ed A y N Rk - M N Ed A z N Rk - M M y.ed + k yy M y.rk A LT - M M y.ed + k zy M y.rk A LT - M N Ed, M y.ed > obliczeniowe wartości siły podłużnej i maksymalnych momentów zginających.6 Obliczenia skratowania Przeprowadzić jak dla elementów ściskamych osiowo. Strona