ВЫБОР МАРКИ СТАЛИ

Применяемые стали подразделяются на две группы: ста­ли углеродистые обыкновенного качества и стали повышен­ной прочности. Эксплутационные характеристики сталей за­висят от их химического состава, вида и толщины проката.

Сталь обыкновенного качества поставляется с химиче­ским составом по ГОСТ 380—94. Сталь углеродистая обык­новенного качества. Марки. Для изготовления несущих ме­таллоконструкций используются преимущественно стали спокойной плавки Ст.ЗспЗ и Ст.ЗГспЗ. Механические харак­теристики проката в зависимости от его вида и толщины рег­ламентируются:

- ГОСТ 535—88. Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия.

- ГОСТ 14637—89. Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия.

Стали повышенной прочности (низколегированные) по химическому составу и механическим характеристикам по­ставляются по ГОСТ 19281—89. Прокат из стали повышен­ной прочности. Общие технические условия.

Наиболее применяемыми являются стали марки 09Г2-12; 09Г2С-12; 15ХСНД-12; 10ХСНД-12.

Применяются в основном следующие виды проката:

- ГОСТ 82—70*. Прокат стальной горячекатаный широ­кополосный универсальный. Толщина проката от 6 до 60 мм при ширине от 200 до 1050 мм.

- ГОСТ 1903—74*. Прокат листовой горячекатаный. Сор­тамент. Толщина листов от 0,4 мм до 160 мм, ширина от 500 мм до 3800 мм, длина листа до 9000 мм.

- ГОСТ 8239—89. Двутавры стальные горячекатаные. Сортамент.

- ГОСТ 8240—89. Швеллеры стальные горячекатаные. Сортамент.

- ГОСТ 8278—83*. Швеллеры стальные гнутые равнополочные. Сортамент.

- ГОСТ 8509—93. Уголки стальные горячекатаные равнополочные. Сортамент.

- ГОСТ 8510—86*. Уголки стальные горячекатаные не-равнополочные. Сортамент.

Области применения некоторых наиболее используемых марок сталей в зависимости от вида и толщины проката и ми­нимальной температуры эксплуатации приведены в табл. 1.1.

Для кранов, эксплуатируемых при температуре не ниже минус 20°С, применение низколегированных сталей может оказаться целесообразным для изготовления металлоконст­рукций кранов большой грузоподъемности и больших проле­тов, так как в этих случаях может быть достигнуто снижение веса крана. В металлоконструкциях этих типов допускается сочетание низколегированных и малоуглеродистых сталей.

При оценке целесообразности замены малоуглеродистой ста­ли сталью низколегированной следует иметь в виду, что стоимость сталей 09Г2 и 09Г2С выше стоимости стали СтЗспЗ примерно на 10%, а сталей 15ХСНД и 10ХСНД соот­ветственно на 15 и 25%.

Таблица 1.1 - Области применения проката из наиболее распространённых марок конструкционных сталей

* Обозначения: Ф — фасонный прокат (горячекатаные уголки, швел­леры, двутавры), Л — листовой прокат.

Низколегированные стали более чувствительны к кон­центрации напряжений и, следовательно, при разработке кон­струкций и технологии изготовления должны быть преду­смотрены специальные меры понижения концентрации на­пряжений, особенно для кранов режимных групп А6...А8 (ИСО 4301/1. Краны грузоподъемные. Классификация.), для которых лимитирующим фактором может явиться усталость металла.

Нецелесообразно использование низколегированных ста­лей в тех случаях, когда лимитирующим фактором является жесткость конструкции, так как модули упругости всех ста­лей практически одинаковы, и, следовательно, одинаковыми в этом случае будут и поперечные сечения несущих элементов.

В зависимости от механических характеристик, гаранти­рованных Государственными стандартами, стали можно под­разделять по классам и группам прочности.

Класс прочности обозначается величиной предела теку­чести в МПа, группа прочности - величиной временного сопротивления разрыву , МПа. Стандартные значения и принимаются как нормативные сопротивления. Расчет­ные сопротивления принимаются с учетом возможной нерав­номерности свойств сталей и вида напряженного состояния. Нормативные и расчетные сопротивления листового и фасон­ного проката приведены в табл. 1.2, формулы для определе­ния расчетного сопротивления — в табл. 1.3. Вспомогательные (нерасчетные) элементы металлоконструк­ций (лестницы, перила, настилы и т. д.) можно изготовлять из сталей марок СтЗпс2, СтЗпс5 по ГОСТ 380—94 с толщиной проката до 30 мм при температуре эксплуатации не ниже — 20°С; с толщиной до 10 и 20 мм соответственно при темпера­туре не ниже —40°С и с толщиной до 5 и 10 мм соответст­венно при температуре не ниже —65°С.

При расчетах следует принимать следующие физические характеристики стали:

- модуль упругости E=2,06·10⁵, МПа;

- модуль сдвига G=0,78·10⁵, МПа;

- коэффициент поперечной деформации (Пуассона) ν= 0,3;

-коэффициент линейного расширения α=0,12·10^-4, °С^-1.

Таблица 1.2 - Нормативные и расчетные сопротивления некоторых марок для листового и фасонного проката сталей [4, 5]

Таблица 1.3 - Формулы для определения расчетного сопротивления проката[4]

Напряженное состояние и его условное обозначение	Формула
Растяжение, сжатие, изгиб	По пределу текучести	RУ
По временному сопротивлению	RИ
Сдвиг (срез)	RS
Растяжение в направлении толщины проката (до 60 мм)	Rth
Смятие местное в цилиндрических шарни­рах (цапфах) при плотном касании	Rlp

Примечания. 1. За нормативное сопротивление R_УП и R_ИП при­нимают соответственно значения предела текучести и временного сопротивления по соответст­вующим стандартам и техническим условиям на марки материала и вид проката.

2.γ_m— коэффициент надежности по материалу; для сталей с пределом текучести до 380 МПа γ_m =1,05; при >380МПа γ_m =1,1.

1.3. СВАРОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Сварочные материалы, применяемые для сварки несущих конструкций грузоподъемных кранов, должны обеспечивать механические свойства металла шва и сварного соединения не ниже нижнего предела механических свойств основного металла, установленного для данной марки стали Государст­венным стандартом или техническими условиями.

При выборе материалов необходимо, чтобы временное сопротивление наплавленного металла обеспечивалось в пре­делах 110—125% от сопротивления свариваемых сталей. Ти­пы сварных швов должны соответствовать действующим стандартам.

Рекомендуемые сварочные материалы приведены в табл. 1.4.

Таблица 1.4 - Сварочные материалы [5]

Расчетные сопротивления сварных соединений в зависи­мости от вида соединения и напряженного состояния следует определять по формулам, приведенным в табл.1.5. Для стыко­вых соединений указаны формулы при автоматической или ручной сварке с физическим контролем качества.

Значения R_WИП для швов, выполненных ручной сваркой, принимают по табл. 1.6, автоматической или полуавтомати­ческой — по табл. 1.7.

Таблица 1.5 - Формулы для определения расчетных сопротивлений сварных соединений [4]

Свар­ные соеди­нения	Напряженное состояние	Услов­ные обо­значе­ния	Расчетное сопротивление сварных соединений
Стыко­вые	Сжатие, растяжение, изгиб	по пределу текучести
по временному со­противлению
Сдвиг
С угло­выми швами	Срез (условный) по металлу	шва
границы сплавления

* При условии полного провара соединяемых элементов;

** значение коэффициента надежности по материалу следует при­нимать равным 1,25 при значении нормативного сопротивления ме­талла шва не более 490 МПа; 1,35 - при значениях =590 МПа и более.

Таблица 1.6 - Нормативные и расчетные сопротивления металла угловых швов сварных соединений, выполненных ручной сваркой [4]

Сварочные материалы	МПа	МПа
Тип электрода (ГОСТ 9467-75)	Марка проволоки
Э42, Э42А Э46, Э46А Э50, Э50А	Св-08, Св-08А, Св-08ГА Св-ЮГА, Св-08Г2С Св-08Г2СЦ, ПП-АН8, ПП-АНЗ

Таблица 1.7 - Нормативные сопротивления металла швов, выполненных автоматической или полуавтоматической сваркой [4]

Марка проволоки (ГОСТ 2246—70) для автоматической и полуавтома­тической сварки	Марка порошковой проволоки (ГОСТ 267 1-84)	Значения нор­мативного со­противления металла шва МПа
Под флюсом (ГОСТ 9087-81)	В углекислом газе (ГОСТ 8050-85)
Св-08, Св-08А Св-08ГА Св-10ГА Св-10НМА Св-10Г2	- Св-08Г2С Св-08Г2СЦ Св-08Г2С Св-08Г2СЦ	- - ПП-АН8 ПП-АНЗ -	590* -

* При сварке проволокой Св-08Г2С и Св-08Г2СЦ значение =590 МПа следует принимать только для угловых швов с ка­тетом <8 мм в конструкциях из стали с пределом текучести 440 МПа и более.

МЕТОДЫ РАСЧЕТА

В соответствии с ГОСТ 28609—90 [7] расчеты металло­конструкций грузоподъемных кранов должны проводиться по методу предельных состояний.

ПЕРВОЕ предельное состояние — потеря несущей спо­собности по условиям:

- разрушения (хрупкого, вязкого, усталостного) элемента или соединения конструкции;

- достижения состояния, при котором дальнейшее увели­чение нагрузок приведет к переходу конструкции или ее эле­мента в изменяемую систему (например, вследствие потери устойчивости формы или достижения напряжениями в от­дельных зонах сечения предела текучести.)

Основная расчетная зависимость при проверочных рас­четах:

(2.1)

при проектных расчетах

(2.2)

где — нормативные значения внешних нагрузок для принятого расчетного случая; — усилие (момент) в рас­считываемом элементе (сечении) при — коэффи­циенты надежности по нагрузке (коэффициенты перегруз­ки), учитывающие возможность отклонения действитель­ной величины нагрузки от ее нормативного значения; Ф — геометрический фактор, зависящий от вида дефор­мации элемента (площадь поперечного сечения, момент сопротивления и др.); R— расчетное сопротивление ма­териала при данном виде деформации (табл. 1.2); — коэффициент неполноты расчета, учитывающий: степень ответственности рассчитываемого элемента, зави­сящую от возможных последствий его разрушения; от­клонение фактических геометрических размеров конст­рукции от проектных; качество изготовления конструк­ций; несовершенства расчета, связанные с неточностью расчетных схем, неполнотой методов расчета и др.

ВТОРОЕ предельное состояние - потеря несущей спо­собности по условиям:

- возникновения деформаций, препятствующих нормаль­ной эксплуатации крана при сохранении несущей способно­сти по условиям первого предельного состояния;

- возникновения длительных незатухающих колебаний, препятствующих достижению необходимой точности работы (для монтажных кранов) и оказывающих неблагоприятные воздействия на машиниста крана.

Расчетные зависимости второго предельного состояния:

(2-3)

(2-4)

Где — расчетная комбинация нормативных нагрузок ( ); С — коэффициент жесткости конструкции; — фактическое (расчетное) время затухания колебаний конструкции после подъема груза; и — пре­дельные величины упругого прогиба и времени затухания колебаний.

Поиск по сайту: