Металлические конструкции из легких сплавов

Использование алюминиевых сплавов при изготовлении металлоконструкций мостовых кранов позволяет снизить массу крана, стоимость его изготовления и монтажа, уменьшить транспортные расходы. При их эксплуатации появляется возможность облегчения строительных конструкций зданий.

В мостовых кранах общего назначения грузоподъемностью 5-50т масса металлоконструкции составляет 35—75% массы моста, а масса металлоконструкции тележек — 8—12% общей массы крана. поэтому наиболее эффективным является использование алюминие­вых сплавов при изготовлении металлоконструкций мостов а особенно при неблагоприятных соотношениях массы крана к его гру­зоподъемности, т. е. при большом (более 20 м) пролете и относительно малой (5— 15т) грузоподъемности.

Рис. 2.16 Рама тележки крана большой грузоподъемности

Рис. 2.17 Балка рамы тележки

Рис. 2.18 Сравнение параметров металлоконструкций

На рис. 2.18 приведены графики, характеризующие применение алюминиевых сплавов (сплошные линии — сплав АМг-6, штрихо­вые линии — сплав Д16-Т) в металлоконструциях мостов: а — отношение массы металлоконструции О_м к грузоподъемности (^ при пролете Ь; б— снижение массы металлоконструкции при замене стали СтЗ; в — снижение давления на ходовые колеса; г — увеличение грузоподъемности крана. Графики построены на основе пред­положения, что толщина стенок главных балок из алюминиевых сплавов незначительно отличается от толщины стенок соответствую­щих стальных балок, и что для обеспечения местной устойчивости стенок алюминиевые балки снабжены дополнительными по сравне­нию со стальными балками диафрагмами и ребрами жесткости. Если же местная устойчивость стенок алюминиевых балок обеспечивается увеличением толщины стенок, то отношения масс алюми­ниевых и стальных конструкций соответственно увеличатся.

Применение сплава АМг-6 с точки зрения снижения массы мостов и технологичности изготовления выгоднее применения сплава Д16-Т, который может использоваться лишь в клепаных конструкциях.

Рис. 2.19 Мосты из алюминиевого сплава

Из алюминиевых сплавов изготовляют мостовые металлоконструкции следующих типов: двухбалочные закрытого типа с решетчатыми главной и вспомогательной фермами (рис. 2.19, а), двухбалочные с главными балками коробчатого сечения, двухбалочные с главными балками шпренгельного типа (рис. 2.19, б), однобалочные (рис. 2.19, в). У крана грузоподъемностью 5т первого типа (ГПИ «Проектстальконструкция») главные балки выполнены в виде трехплоскостной фермы, нижние пояса и распоясная решетка которых выполнены из труб, а верхний пояс — из широкополочного двутавра. В кране такой же грузоподъемности второго типа (ВНИИПТМАШ) главная балка состоит из балки жесткости и шпренгеля, включающего затяжку и вертикальные стойки. Балка жесткости, воспринимающая нагрузки от ходовых колес тележки работает на поперечный изгиб и продольное усилие. Элементы шпренгеля — затяжка и стойки — испытывают лишь продольные (осевые) усилия.

Шпренгельные балки имеют массу, меньшую, чем балок короб­чатого сечения, и при применении гнутых профилей достаточно тех­нологичны. Балка жесткости главной балки выполнена из листов толщиной 6 мм и имеет открытое П-образное сечение с отбортовкой кромок. Отбортовка увеличивает жесткость и устойчивость верти­кальных стенок (что имеет особо важное значение для алюминиевых конструкций) и общую жесткость балки в горизонтальном направлении, а применение балок П-образного профиля дает возможность устранить все продольные швы, необходимые при сварке балок замкнутого коробчатого сечения, и значительно уменьшить трудоемкость изготовления балок. Затяжка выполнена из двух уголков 100x80x7 мм, а стойки — из четырех уголков, которые после сварки попарно образуют швеллерное сечение. Концевая балка имеет такое же сечение, как и балка жесткости, и отличается от нее только размерами.

Исходя из условия обеспечения необходимой жесткости, следует учитывать, что по сравнению со стальной, алюминиевая балка коробчатого сечения должна иметь высоту, большую в 1,25 раза, что приводит к увеличению относительной массы на 20%. Поэтому общий переходной коэффициент массы, с учетом удельных масс стали и алюминиевого сплава, составляет не более 2,4.

В то же время, учитывая необходимость снижения расхода алюминиевого сплава, необходимо обеспечивать максимальную концентрацию материала. Наиболее полно это достигается в однобалочных металлоконструкциях, где при достаточной ширине балки возможен отказ от устройства площадок. У крана, показанного на рис. 2.19, в, имеющего грузоподъемность 30 т и пролет 29,5м, балка изготовлена из алюминиевого листа толщиной 10 мм. Масса моста составляет 8,3 т, а его расчетный прогиб 35 мм. Рельсы и стальные поясные накладки прикреплены к балке болтами.

Поскольку стоимость металлоконструкции из алюминиевого сплава значительно выше, чем стальной (для кранов грузоподъемностью 5 т—в 3,5—5 раз), главным образом за счет стоимости материала, этот фактор должен учитываться при оценке технико-экономической целесообразности использования алюминиевых сплавов.

Вопросы проектирования и изготовления металлоконструкций из легких сплавов рассмотрены в работе [21 ]