Вот, новый поворот

О кручении колонн связевого блока при продольном торможении крана. 

Сегодня речь пойдет об одном аспекте расчета колонн крановых зданий.

Итак, есть мост крана с колесами, которые опираются на рельс, закрепленный к верху подкрановой балки. Колеса крана передают весь комплект крановых нагрузок в уровне головки кранового рельса (вертикальное давление, горизонтальные поперечные тормозные усилия, продольные тормозные усилия). Вертикальное давление воспринимается непосредственно подкрановой балкой, поперечные тормозные усилия - тормозным настилом/фермой или верхним поясом подкрановой балки. Общий вид системы представлен на рисунке в шапке.

Продольное торможение проходит путь по продольной раме от места приложения до связевого блока (рис.2)

Рис. 1 Путь продольного тормозного усилия в каркасе здания

При этом данное усилие (F) оказывается переданным в связевом блоке с эксцентриситетом, равным расстоянию от центра тяжести кранового рельса до оси вертикальной связи, как это показано на рисунке ниже:

Рис. 2 Эксцентриситет приложения продольного торможения относительно плоскости вертикальных связей

Это приводит к возникновению дополнительного крутящего момента в плоскости тормозного настила. 

Чтобы понять, какие внутренние усилия возникают вследствие его действия, зададим тестовую расчетную схему в двух вариантах: продольный ряд колонн со связевым блоком и то же самое, но с крестовыми горизонтальными связями, которые будут имитировать работу тормозного настила в связевом блоке:

Рис. 3 Рассматриваемые расчетные схемы

Приложим к торцу одной из подкрановых балок продольное усилие 3 тс (эксцентриситет равен 1м) навстречу оси "У" и оценим перемещения узлов в этом направлении.

Как видим, перемещения в первой схеме (где отсутствует тормозной настил) на два порядка превышают перемещения по второй схеме.

Рис.4 Перемещения по "У"

При этом в связевых колоннах второй схемы возникают моменты, направленные навстречу друг другу. 

Рис. 5 Эпюры изгибающих моментов в колоннах

Это говорит о том, что тормозной настил выступает в роли диафрагмы и раскладывает обсуждаемый момент на пару сил, приложенных к соседним связевым колоннам в уровне его верха. 

Часто, задавая расчетную схему без данной диафрагмы, конструктор с удивлением обнаруживает в колоннах крутящие моменты, как в нашей первой расчетной схеме:

Рис. 6 Эпюры крутящих моментов в колоннах

Наличие данного вида внутренних усилий в реальном каркасе здания - вопрос дискуссионный, но нужно заметить, что во второй расчетной схеме с диафрагмой тормозного настила крутящие моменты отсутствуют в принципе, что позволяет подбирать и конструировать элементы каркаса по классической методике. 

В итоге:

1) При расчете пространственной схемы нужно обязательно моделировать тормозной настил 

2) Полученные дополнительные изгибающие моменты должны быть учтены в отрывающем сочетании, совместно с продольным ветром, поскольку могут увеличить усилия в анкерных болтах. 

1. Металлические конструкции/ Под ред. Кудишина Ю.И. - М.:Издательский центр "Академия", 2006. -688с. (8-е издание).