Projektowanie belek podsuwnicowych

Autor: Robert Kocur
Data publikacji: 28.04.2021 r. Numer wydania: Nowoczesne Hale 2/2021

belka podsuwnicowa belki podsuwnicowe konstrukcje stalowe projektowanie belek podsuwnicowych przekrój belki podsuwnicowej przekrój poprzeczny belki podsuwnicowej suwnica suwnice

Wnioski

Tylko przekrój nr 05 spełnia wszystkie warunki. Naprężania w pasie rozciąganym nie są przekroczone < f_y = 235 MPa. Także nośność ze statecznością jest zapewniona. Przekrój 05 posiada moment bezwładności na skręcanie ponad 7 razy większy od średniego momentu bezwładności na skręcanie przekrojów od 01 do 04. To powoduje, że naprężania od deplanacji (na skutek skrępowanego skręcania) są średnio 2 razy mniejsze od pozostałych przekrojów. To także wpływa na moment krytyczny zwichrzenia, który jest ponad 1,5 do 2 razy większy od reszty, więc redukcja nośności ze względu na stateczność ogólną (tutaj zwichrzenie) jest niewielka.

W wierszu nr 8 w tab. 1 zamieszczono sprawdzenie tzw. „efektu szerokiego pasa”. Tylko przekroje nr 01 i 05 nie wymagają redukcji szerokości pasa. W analizie pomięto redukcje pasów dla przekrojów 02, 03 i 04 (gdyż te przekroje nie spełniają warunków nośności – przy dokładnej analizie przekroczenia nośności byłyby jeszcze większe).

Dodatkowo przekrój 05 jest jednym z najlżejszych. Zastosowanie go nie zawyży ilości stali w obiekcie. Przekrój nr 05 jest także zwarty i kompaktowy. Całkowita szerokość nie przekracza szerokości pasów belki. Dzięki temu wsporniki pod belki podsuwnicowe mogą być krótsze, a to z kolei redukuje moment zginający słup. Technologiczność tego przekroju została już sprawdzona. Podczas wytwarzania w zakładzie konstrukcji stalowych nie było problemu z deformacjami spawalniczymi itd.

Kształtowanie przekroju poprzecznego belki podsuwnicowej dla suwnic o udźwigu od 2 do 10 ton

W lekkich belkach podsuwnicowych najczęściej profilem bazowym są kształtowniki gorąco walcowane IPE. Aby poprawić ich charakterystyki, na kierunek poziomy stosuje się skrzydełka (podobnie jak przy kształtownikach szerokostopowych) oraz ceowniki (najczęściej największy dostępny w hurtowniach C300 – rys. 12).

Na rys. 11 pokazano dodatkowe żeberka, które zabezpieczają „skrzydełka” przed deformacją po spawaniu.

Tym razem alternatywą dla powyższych przekrojów jest połączenie profilu IPE z „wykrojami” z RP (rury prostokątnej) – rys. 13.

Na rys. 14 pokazano linię cięcia RP 250 x 100 x 8 dopasowaną do profilu IPE 450 (szerokość pasa wynosi 190 mm). Po rozcięciu powstają 2 „wykroje”, które następnie spawamy do dwuteownika. Detale spawania pokazano na rys. 15 i 16. Warto zaznaczyć, że zawsze można tak dobrać linie cięcia, że nie powstają straty materiałowe.

Zachodzi zależność dla: f – szerokość RP; s – szerokość pasa IPE

a =~ [f – s/2 ]/2, dla profili jak wyżej
a = [250 – 190/2]/2 = ~77 mm. Uwzględniając straty podczas cięcia a = 75, stąd całkowita szerokość przekroju b = 190 + 2 x 75 = 340 mm

Analiza przekrojów

I znów, aby uwidocznić zalety powyższego rozwiązania, przygotowano przykład obliczeniowy. Analizę przeprowadzono dla tzw. kombinacji obciążeń grupy 5 (przejazd suwnicy).

Założenia: suwnica natorowa o udźwigu 8,0 ton, belka jednoprzęsłowa, V = 75 kN (maksymalny nacisk jednego koła suwnicy), H_T = 15 kN (siła ukosowania mostu suwnicy), a = 3,0 m (rozstaw kół suwnicy), L = 7,5 m (rozpiętość belki), stal S235, szyna – kęs kwadratowy 40 x 50 – spawana bezpośrednio do pasa górnego belki.

Siły wewnętrzne: M_y,Ed = 257, M_z,Ed = 36 kNm.

Analizie poddano 4 typy przekroju poprzecznego:

06 – IPE 450 + U300,
07 – IPE 450 + skrzydełka z L75 x 75 x 10,
08 – HEA 400,
09 – IPE 450 + RP 250 x 100 x 10.

Ugięcia profili zamieszczono na rys. 17. Wszystkie 4 typy spełniają warunki ugięć pionowych i poziomych.

f_V < L/600 = 7500/600 = 12,5 mm i f_H < L/600 = 7500/600 = 12,5 mm

Rys. 17 przedstawia łączne ugięcie pionowe i poziome belek podsuwnicowych. Ciężar szyny wynosi 0,2 kN/m. Od lewej znajduje się przekrój nr 06 (IPE 450 + U300), za nim kolejne przekroje.

Wyniki obliczeń zamieszczono w tab. 2.

Wnioski

Wnioski są analogiczne jak w punkcie 1. Tylko przekrój nr 09 spełnia wszystkie warunki. Naprężania w pasie rozciąganym nie są przekroczone < f_y = 235 MPa. Także nośność ze statecznością jest zapewniona. Przekrój 09 posiada moment bezwładności na skręcanie ponad 25 razy większy od średniego momentu bezwładności na skręcanie przekrojów od 06 do 08. To powoduje, że naprężania od deplanacji (na skutek skrępowanego skręcania) są średnio 4 razy mniejsze od pozostałych przekrojów. To także wpływa na moment krytyczny zwichrzenia, który jest ponad 4 razy większy od reszty. Redukcja nośności ze względu na stateczność ogólną (tutaj zwichrzenie) jest niewielka.

W wierszu nr 8 w tab. 2 zamieszczono sprawdzenie tzw. „efektu szerokiego pasa”. Przekroczenia o 13% nie powodują praktycznie redukcji pasa.

Dodatkowo przekrój 09 jest jednym z najlżejszych. Zastosowanie go nie zawyży ilości stali w obiekcie.

Wnioski końcowe

Przekrój dwuteowy wzmocniony w ten sposób, że przy pasie ściskanym powstają 2 „skrzynki”, charakteryzuje się bardzo dobrymi właściwościami użytkowymi przy jednoczesnym optymalnym zużyciu stali. Zaleca się stosować go na belki podsuwnicowe dla suwnic natorowych, jak i podwieszonych oraz wciągników. W halach z suwnicami rozstaw układów poprzecznych determinuje rozpiętość belki podsuwnicowej. Stosując zaproponowane przeze mnie przekroje belek, można „pozwolić sobie na więcej”. Zamiast standardowych 6,0 m można rozstawiać układy poprzeczne co 7,0-7,5 m.

Obliczenia wskaźników przekrojów (podstawowych i wycinkowych) wykonano w programie Autodesk Robot Structural Analysis 2014. Momenty krytyczne zwichrzenia i sprawdzająco także wskaźniki przekrojów obliczono w programie Idea StatiCa Beam 10.1.

Wyszukaj w serwisie