Настоящий стандарт распространяется на краны мостового типа и консольные и устанавливает рекомендуемые основные положения расчета с целью обеспечения надежности при установке, монтаже и эксплуатации кранов.
1.1. Расчеты кранов и их элементов должны выполняться в соответствии с утвержденной нормативно-технической документацией. В обоснованных случаях допускается проводить расчеты на основе результатов теоретических и экспериментальных исследований или с использованием инженерных методик.
1.2. Результаты расчета должны обеспечивать сохранение несущей способности крана и его элементов, а также надежности при заданных эксплуатационных характеристиках в течение установленного срока службы, при условии изготовления, установки и использования крана в соответствии с требованиями нормативно-технической и эксплуатационной документации.
1.3. При расчете кранов следует учитывать следующие расчетные ситуации:
установившуюся, имеющую продолжительность того же порядка, что и срок службы крана или срок его соответствующих элементов до списания или до капитального ремонта (если таковой производится);
переходную, имеющую продолжительность, небольшую по сравнению со сроком службы крана (например, транспортировка и монтаж крана, использование технологического крана для монтажных работ);
аварийную, характеризующуюся малой вероятностью появления и продолжительностью (например, обусловленную столкновением кранов, внезапным отказом какого-либо элемента конструкции).
Указанные расчетные ситуации определяют выбор соответствующих расчетных схем и условий нагружения кранов и их элементов, виды предельных состояний и других показателей, определяющих несущую способность и работоспособность конструкции.
1.4. Принятый метод расчета, а также используемые для расчета исходные данные должны учитывать возможную изменчивость действующих нагрузок, геометрических и механических свойств материала за срок службы крана или его элемента (например, возможность увеличения массы конструкции вследствие проводимых в ходе эксплуатации модернизации, уменьшения сечений элементов вследствие износа и коррозии).
1.5. Для учета степени ответственности кранов и их элементов, а также последствий, связанных с их возможным отказом, устанавливаются следующие классы ответственности, определяемые назначением класса или его элементов;
класс 1 - краны и элементы конструкции особо высокой ответственности;
класс 2 - краны и элементы конструкции высокой ответственности;
класс 3 - краны и элементы конструкции нормальной ответственности.
Классы ответственности приведены в приложении.
Класс ответственности учитывают при определении показателей, регламентирующих расчетные значения нагрузок путем введения коэффициента надежности по назначению.
2.1. Для расчета кранов и их элементов используют выраженные в детерминированной форме методы предельных состояний (для металлических конструкций) и допускаемых напряжений (для механизмов).
2.2. При наличии необходимых исходных данных допускается для расчета кранов и их элементов применять вероятностные методы.
2.3. Входящие в расчетные зависимости показатели рекомендуется находить как случайные величины или как случайные процессы.
3.1. Основным условием сохранения несущей способности элементов металлических конструкций и механизмов является соблюдение требования, что действующие в элементе усилия не превышают его несущей способности.
В соответствии с характером напряжения и особенностями выполнения элемента, а также свойств его материала за предельное напряжение принимают нормативные значения предела прочности, предела текучести или предела выносливости, а для случая потери устойчивости - критическое напряжение.
3.2. В обоснованных случаях допускается проводить расчет:
для пластичных материалов с учетом работы в упругопластической зоне;
для отдельных зон элементов, испытывающих изгиб, с учетом напряжений, превышающих критические напряжения потери устойчивости;
при ограниченном (N <= 5 x 10(4)) числе циклов напряжений - для условий малоцикловой усталости.
4.1. Вне зависимости от принятого метода расчета следует учитывать нагрузки следующих видов: систематические, случайные, исключительные и прочие.
Систематические и случайные нагрузки соответствуют установившейся расчетной ситуации, исключительные - переходной и аварийной ситуации, а прочие - переходной ситуации.
4.2. Систематические нагрузки возникают при использовании кранов в условиях, определенных эксплуатационной документацией. Эти нагрузки вызваны силами тяжести элементов крана и груза, ускорениями и замедлениями массы груза и элементов конструкции крана, а также выполнением краном дополнительных операций, предусмотренных технологией работ (например, динамические нагрузки от подвешенного к крюку крана вибратора).
4.3. К случайным нагрузкам относят нагрузки, обусловленные метеорологическими факторами (ветровые нагрузки в рабочем состоянии, снеговые и гололедные нагрузки, температурные воздействия), а также перекосные нагрузки при установившемся движении.
4.4. К исключительным нагрузкам относят ветровые нагрузки в нерабочем состоянии, испытательные нагрузки, динамические нагрузки, вызванные соударением буферов; нагрузки, вызванные внезапным отключением электропитания крана и поломками элементов механизмов, а также сейсмические нагрузки.
4.5. К прочим нагрузкам относят нагрузки, возникающие в процессе монтажа и транспортирования крана.
5.1. Метод расчета
5.1.1 Металлические конструкции рекомендуется рассчитывать по методу предельных состояний.
5.1.2. Устанавливают две группы предельных состояний:
1 - по исчерпанию конструкцией несущей способности;
2 - по достижению условий, нарушающих нормальную эксплуатацию.
5.1.3. Предельные состояния 1-й группы характеризуются следующими условиями:
разрушение элемента или соединения конструкции (хрупкое, вязкое, усталостное);
достижение состояния, при котором дальнейшее увеличение нагрузок приведет к переходу конструкции или его элемента в изменяемую систему (например, вследствие потери устойчивости формы или достижения напряжениями в определенных зонах сечения предела текучести).
5.1.4. Предельные состояния 2-й группы характеризуются следующими условиями:
возникновением деформаций и перемещений элементов конструкции, препятствующих нормальной эксплуатации крана (например, наклон подтележечных направляющих, снижающий точность остановки грузовой тележки, деформации концевых балок, приводящие к ухудшению ходовых свойств крана и т.п.);
возникновением колебаний, препятствующих достижению установленной точности работы крана, а также приводящих к недопустимым воздействиям на людей, находящихся на кране.
5.2. Основные расчетные зависимости
5.2.1. Расчетная зависимость первого предельного состояния имеет вид
гамма F(q , гамма ) <= S(Ф, R , гамма , гамма ), (1)
n n f n m d
где гамма - коэффициент надежности по назначению крана или элемента
n конструкции;
F - обобщенное расчетное усилие для соответствующего сочетания
нагрузок;
q - нормативная нагрузка;
n
гамма - коэффициент надежности по нагрузке;
f
S - обобщенная несущая способность конструкции или ее элемента;
Ф - геометрический фактор, характеризующий зависимость между
действующей нагрузкой и напряженным состоянием конструкции;
R - нормативное сопротивление материала;
n
гамма - коэффициент надежности по материалу;
m
гамма - коэффициент условий работы.
d
5.2.2. Основная расчетная зависимость второго предельного состояния имеет вид
гамма' q <= пси (Ф, гамма'), (2)
n n d
где гамма' - коэффициент надежности по назначению крана или элемента
n конструкции;
пси - обобщенная зависимость между действующей нагрузкой и
показателями деформации;
гамма' - коэффициент условий работы.
d
(Индекс "'" соответствует второму предельному состоянию). В общем случае
гамма не равно гамма'; гамма не равно гамма'.
n n d d
5.2.3 Коэффициент надежности по нагрузке гамма_f учитывает возможность отклонения при данном расчетном сочетании нагрузок от их нормативного значения. В общем случае в разных расчетных сочетаниях нагрузке каждого вида соответствует свое значение гамма_f.
5.2.4 Коэффициенты условий работы гамма_d, гамма'_d учитывают в общем случае возможность отклонений:
принятой расчетной схемы от проекта конструкции;
качества изготовления элементов конструкции от установленных технической документацией требований, включая размеры элементов, выполнение соединений и т.п.
5.2.5. Коэффициент надежности по материалу гамма_m учитывает возможные отклонения механических характеристик материала и размеров сортамента от установленных стандартами или техническими условиями.
6.1. Расчеты механизмов и их элементов рекомендуется проводить методом допускаемых напряжений.
Основная расчетная зависимость имеет вид:
D
F гамма <= ───,
n n
где F - обобщенная нагрузка или воздействие;
гамма - коэффициент ответственности элемента;
n
D - обобщенный фактор, учитывающий геометрические размеры
элемента, свойства материала и другие показатели,
определяющие работоспособность механизма или его элемента;
n - коэффициент запаса.
6.2. Основная расчетная зависимость для расчетов на прочность и сопротивление усталости имеет вид:
F гамма
n
──────── <= [сигма],
Ф
где Ф - геометрический фактор;
[сигма] - допускаемое напряжение; при этом
R
n
[сигма] = ────,
n
где R - нормативное сопротивление материала.
n
6.3. Расчетное значение коэффициента запаса прочности n определяют по формуле
n = n x n x n ,
1 2 3
где n - коэффициент условий эксплуатации, учитывающий режим и
1 вероятность возникновения перегрузок;
n - коэффициент, учитывающий влияние неоднородности структуры
2 материала на сопротивление разрушению;
n - коэффициент, учитывающий точность расчета нагрузок и
3 напряжений в расчетном сечении.
Обозначение класса |
Степень ответственности крана или элемента |
Наименование крана или элемента |
1 |
Особо высокая | Краны, транспортирующие опасный груз;транспортно-технологические краны металлургического производства;краны атомных энергетических объектов;краны, обслуживающие особо ответственный технологический процесс при отсутствии резервирования.Элементы кранов класса 1: несущая металлоконструкция, механизм подъема груза и передвижения крана и тележки |
2 |
Высокая | Краны, не вошедшие в класс 1.Элементы кранов класса 2: несущая металлоконструкция, механизм подъема груза |
3 |
Нормальная | Элементы кранов класса 2: механизм передвижения кранов и тележки |