21.08.2017
Современное жилище – это не просто защита от непогоды и холода. Для производства комфорта загородные дома и городские квартиры...


21.08.2017
Первое, что следует знать о натяжных потолках – самостоятельно сделать такую отделку не получится. Не важно, какие умения...


21.08.2017
Новые пластиковые окна способны решить множество проблем, но только в том случае, если выбраны они будут правильно. Разочарования...


21.08.2017
Навесные вентилируемые фасады – довольно сложные многослойные конструкции. Все элементы их решают определенные задачи. Если речь...


18.08.2017
В последние несколько лет весьма распространенными стали пластиковые двери. Объясняется это их практичностью, эстетичным внешним...


18.08.2017
Эффективное автономное отопление для коттеджей и дач является головной болью их владельцев. Централизованная подача тепла нередко...


Грузоподъемные мачты с оттяжками

10.07.2016

Конструирование и расчет сквозных стержней с решеткой в пересекающихся плоскостях проиллюстрируем на примерах проектирования стрел и грузоподъемных мачт с оттяжками.
Для монтажа строительных конструкций, кранового оборудования, мостовых кранов и т. п. нередко применяют отдельные грузоподъемные мачты, сдвоенные мачты-шевры или мачты со стрелами (дерик-краны).
Мачты представляют сплошную или решетчатую пространственную конструкцию. Верхний конец мачт раскрепляют оттяжками, составляющими с горизонтом угол не более 45°. Обычно ставят от 4 до 8 оттяжек (четное число), а в трехгранных мачтах — 3. Нижний конец вертикальных мачт может быть защемлен, а наклонных закреплен шарнирно. Для удобства перемещения мачты нижнюю ее поверхность делают гладкой, нередко с загнутыми вверх краями — типа салазок. Нижний конец мачт должен быть надежно раскреплен для устранения возможности сдвига его под влиянием усилия в грузовом тросе, идущем от отводного ролика к лебедке.
Грузоподъемные мачты с оттяжками

Грузоподъемные мачты с оттяжками

Различают мачты сквозные или решетчатые (рис. VI—24) и сплошные, чаще всего трубчатые (рис. VI—25). Высота первых доходит до 60 м (редко больше), а грузоподъемность — до 250 г; высоту вторых обычно ограничивают 30 м, а грузоподъемность — 50—100 т (у более высоких мачт грузоподъемность меньше). Трубчатые мачты проще в изготовлении и монтаже и удобнее в эксплуатации, чем решетчатые. Дальнейшим развитием трубчатых мачт являются двуногие мачты — шевры. Их можно устанавливать без боковых вант, что важно при работе на стесненных площадках.
Ствол решетчатых мачт собирают из секций (монтажных марок), представляющих решетчатые призмы длиной 6—9 м. В центрально сжатых мачтах, а также в сжато-изгибаемых с небольшим влиянием момента обе крайние секции выполняют в виде усеченных пирамид, обращенных меньшими основаниями наружу. При значительных изгибающих моментах расстояния между поясами уменьшают лишь в нижней секции — у опорного шарнира.
Во время подъема грузов мачта может занимать вертикальное или наклонное положение.
К нагрузкам, учитываемым при расчете мачт, относятся: вес поднимаемого груза P с коэффициентом динамичности kдин в необходимых случаях; вес такелажного оборудования — балки, канаты, подвески, траверсы и т. п. — Pп; сумма усилий сбегающих ветвей неподвижных блоков полиспаста Ргр; собственный вес мачты gh (100-250 кг/м сквозного стержня со стороной поперечного сечения 0,5—1,0 м) и вес оголовка; составляющие усилия в оттяжках — Рот (для вертикальных мачт — вертикальные, составляющие); давление ветра рвет на мачту с оттяжками и на поднимаемый груз. Ветровую нагрузку относят к дополнительным сочетаниям. Она равномерно распределена по длине ствола и сосредоточена в оголовке (от давления ветра на груз, такелажное оборудование и др.).
Расчетные схемы мачт в процессе эксплуатации представлены на рисунке VI—26. Кроме того, ствол мачты должен быть проверен на прочность и устойчивость при подъеме самой, мачты. При этом должны быть проверены не только пояса, но и элементы решетки.
Первая расчетная схема (рис. VI—26,а) — мачта вертикальная и нагрузка приложена симметрично. Устойчивость ствола проверяют на усилие
Грузоподъемные мачты с оттяжками

где G' — вес оголовка и половины ствола мачты;
4Pот sin α — вертикальные составляющие усилий в четырех оттяжках, наклоненных к горизонту под углом α.
Усилия в оттяжках назначают в зависимости от грузоподъемности и высоты мачты, например при высоте 20 м и грузоподъемности от 20 до 100 т Pот = 1,25-2 т, а при высоте 30 м и той же грузоподъемности Pот = 2-2,5 т и т. д.
Грузоподъемные мачты с оттяжками

Вторая расчетная схема — мачта вертикальная, нагрузка односторонняя. В этом случае, кроме силы N, сжимающей ствол мачты, будет действовать изгибающий момент (рис. VI—26,б), величина которого в верхнем конце мачты:
Грузоподъемные мачты с оттяжками

а ниже в стволе мачты на расстоянии z от уровня крепления верха оттяжек (плоскости «паука»):
Грузоподъемные мачты с оттяжками

где а — эксцентриситет приложения сил Р, Pп и Pгр;
P'от sin α и P'от сos α — вертикальная и горизонтальная составляющие дополнительного усилия в задней оттяжке;
а' и h' — эксцентриситеты приложения усилия задней оттяжки. Усилия в оттяжках назначают так же, как в центрально нагруженных мачтах. При подъеме груза в задней оттяжке, расположенной со стороны, противоположной грузу, возникает дополнительное растягивающее усилие, которое определяют по формуле (рис. VI—26,6):
Грузоподъемные мачты с оттяжками

где b — плечо усилия в задней оттяжке относительно опорного шарнира мачты.
Трос к отводному ролику (усилие Pгр) часто проходит внутри ствола мачты, что уменьшает значение силы Р'от и момента М, то есть идет в запас прочности.
Третья расчетная схема — мачта наклонена к горизонту под углом р; боковые оттяжки (ванты) и мачта расположены в одной плоскости; угол между осью мачты и боковыми оттяжками (90°—α); задняя оттяжка наклонена к горизонту под углом γ (рис. VI—26,в).
В этом случае ствол мачты будет сжат составляющими вертикальных нагрузок — поднимаемым грузом Pkдин весом подвеса и такелажного оборудования Pп, собственным весом оголовка Gог и ствола мачты G=gh; усилием Pгр сбегающей ветви неподвижного полиспаста, составляющими усилий двух боковых оттяжек 2Рот sin α и составляющей усилия в задней оттяжке P'от (зависит от угла между мачтой и этой оттяжкой).
Кроме того, ствол мачты будет подвержен действию изгибающих моментов от поднимаемого груза и такелажного оборудования, от усилия в сбегающей ветви полиспаста, от усилия в задней оттяжке и от собственного веса мачты.
Силу натяжения двух боковых оттяжек Pот назначают так же, как в центрально сжатых мачтах.
Усилие в задней оттяжке весьма значительно. Его можно определить из уравнения моментов всех сил, действующих, на мачту, относительно оси опорного шарнира ее:
Грузоподъемные мачты с оттяжками

Сбегающая ветвь полиспаста идет параллельно оси мачты.
Если боковые оттяжки расположены в вертикальной плоскости, проходящей через вершину мачты, а не в наклонной плоскости, то в числитель формулы (VI—45) нужно добавить момент от вертикальной составляющей усилий в этих двух оттяжках — 2Pот sin α (h+h')cos β, где h' — расстояние по оси мачты от места крепления траверсы до места крепления «паука».
Плечо 6 находят, задавшись расстоянием от низа мачты до низа задней оттяжки; обычно это расстояние принимают около высоты мачты.
Усилие N, сжимающее ствол мачты, а также усилие Р'от в задней оттяжке (для проверки) удобно находить графически, условно предполагая, что все силы приложены в вершине мачты и пересекаются в одной точке на оси мачты. Усилие N можно также найти из уравнения моментов относительно точки закрепления нижнего конца задней оттяжки.
Изгибающий момент в вершине мачты (в месте крепления траверсы):
Грузоподъемные мачты с оттяжками

Изгибающий момент в сечении ствола на расстоянии 1/3 длины его от вершины:
Грузоподъемные мачты с оттяжками

Если изгибающий момент от внешних сил, действующий на мачты, стрелы и другие аналогичные конструкции, имеет постоянное направление, то такие конструкции следует опирать не строго центрированно, а с эксцентриситетом, создающим конструктивный момент обратного направления. Таким приемом можно существенно уменьшить расход стали и вес конструкции. Пример эксцентричного опирания мачты на фундамент показан на рисунке VI—27. Там же показаны конструкции опорной части мачты и оголовка.
Оттяжки к оголовку мачты крепят наглухо или через вертикальный цилиндрический шарнир, обеспечивающий возможность поворота мачты около ее вертикальной оси без перестановки оттяжек. Головка для крепления оттяжек («паук») испытывает изгибающие моменты в вертикальных плоскостях от вертикальных составляющих усилий в оттяжках и растяжение от горизонтальных составляющих тех же усилий. Наиболее тяжелые условия работы «паука» при несимметричном загружении мачты у задней оттяжки. Траверсу оголовка рассматривают как консоль, подверженную изгибающему моменту и перерезывающей силе от веса поднимаемого груза, такелажного оборудования и усилия в сбегающей нити неподвижного полиспаста, приходящихся на один конец траверсы. Кроме нормальных и скалывающих напряжений, в сплошностенчатой траверсе необходимо проверить приведенные напряжения. Вертикальные стенки траверсы над мачтой нужно усилить ребрами жесткости.
Грузоподъемные мачты с оттяжками

Для удобства производства работ и большей точности установки оси для подвески полиспаста концы оси закрепляют в точеных отверстиях специальных накладок. Последние приваривают или крепят болтами к стенкам траверсы снаружи после установки оси и тщательной проверки их положения. В стенках траверсы вырезают отверстия несколько большего диаметра, чем диаметр оси полиспаста. Для расчета ось рассматривают как однопролетную балку, свободно закрепленную в указанных накладках.