background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

23 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

Belka podsuwnicowa – Poz. 1 

 

Rozpatrujemy przedstawione poniżej schematy obciążenia: 

 

Schemat I (stan roboczy) 

 

 

Schemat II (stan spoczynku) 

 

 

 

 

 

w stanie roboczym: 

,

,

'

2

2

27,060

2 16, 224

2 2, 438

64,384 kN

Q

r

r

r

r

H

H

W

W

=

+

+

=

+ ⋅

+ ⋅

=





 

,

,

'

2

2

67,650

2 3,530

2 1, 219

77,148 kN

Q

p

p

r

r

H

H

W

W

=

+

+

=

+ ⋅

+ ⋅

=

 

 

 

w stanie spoczynku: 

,

2

2 23,368

46,736 kN

s

W

= ⋅

=



 

,

2

2 5,083 10,166 kN

s

W

= ⋅

=

 

 

Jak  widać  powyższych  zapisów  bardziej  niekorzystny  jest  przypadek  obciążeń  w  stanie  roboczym. 

Dalsze  obliczenia  przeprowadzimy  więc  dla  stanu  roboczego.  Przedstawmy  poniżej  siły  działające  w  tym 
stanie: 

 

 

 

Maksymalne momenty w przęsłach belki oraz maksymalne momenty podporowe wyznaczymy korzystając z 
linii wpływu momentu zginającego. 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

24 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

 

Maksymalne momenty w przęśle belki: 

 

 

 

max

max

270, 600 kN 0, 2074 6, 0 m

336,73 kNm

AB

x

AB

M

V

l

η

=

⋅ ⋅

=

=

 

max

'

77,148 kN 0, 2074 6,0 m

96, 00 kNm

AB

y

p

AB

M

H

l

η

=

⋅ ⋅

=

=

 

 

Maksymalne momenty w podporze belki: 

 

 

 

max

max

270, 600 kN ( 0, 0962 0,0962) 6,0 m

312,38 kNm

B

x

AB

M

V

l

η

=

⋅ ⋅

=

⋅ −

= −

 

max

'

77,148 kN ( 0, 0962) 6, 0 m

44,53 kNm

B

y

p

AB

M

H

l

η

=

⋅ ⋅

=

⋅ −

= −

 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

25 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

Dobór przekroju belki podsuwnicowej ze względu na stan graniczny użytkowalności. 

 

Linia  wpływu  ugięcia  punktu  na  środku  przęsła  lewego  dla  belki  dwuprzęsłowej  przedstawiono  na 

poniższym rysunku: 

 

 

 

Poniżej przedstawmy położenie suwnicy przy którym belka maksymalnie się ugina: 

 

 

 

Współczynnik sprężystości podłużnej: 

2

205 GPa

20500 kN/cm

E

=

=

 

 

Dla  takiego  położenia  kół  suwnicy  (sił  na  schemacie  powyżej)  uzyskujemy  maksymalne  ugięcie,  które 
określa wzór (wartości dopuszczalne na podstawie pkt. 3 Załącznika 5 normy [7] ). 

 

 

maksymalne ugięcie pionowe: 

 

3

max

, max

, min

500

x

x

V

l

l

u

EJ

η

=

⋅ ≤

 

2

2

4

max

, min

2

500

500 (600cm)

270,600 kN

0, 0151 35 877, 6 cm

20 500 kN/cm

x

l

V

J

E

η

⋅ ⋅

⋅ =

=

 

4

, min

35 877, 6 cm

x

J

 

 

 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

26 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

 

maksymalne ugięcie poziome: 

 

3

, max

, min

'

1000

p

y

y

H

l

l

u

EJ

η

=

⋅ ≤

 

2

2

4

, min

2

1000

'

1000 (600 cm)

77,148 kN

0, 0151

20 457, 4 cm

20 500 kN/cm

p

y

l

H

J

E

η

⋅ ⋅

⋅ =

=

 

4

, min

20 457, 4 cm

y

J

 

 

 

Przyjęto  belkę  walcowaną  I  450  PE.  jako  wzmocnienie  pasa  górnego  przyjęto  dwa  kątowniki 

L

130 130 12

×

×

 

Charakterystyki przyjętych przekrojów: 

 

 

Główny przekrój belki: I 450 PE 

 

 

4

33731, 22 cm

x

J

=

 

4

1675,55 cm

y

J

=

 

18, 48 cm

x

i

=

 

4,12 cm

y

i

=

 

3

1499,17 cm

x

W

=

 

3

176,37 cm

y

W

=

 

2

98, 79 cm

A

=

 

77,55 kg/m

m

=

 

 

 

 

 

 

 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

27 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

 

 

Wzmocnienie pasa górnego: L 

130 130 12

×

×

 

 

 

4

470 cm

x

y

J

J

=

=

 

4

195 cm

J

η

=

 

4

745 cm

J

ξ

=

 

 

2,55 cm

i

η

=

 

4,99 cm

i

ξ

=

 

2

29,90 cm

A

=

 

23, 47 kg/m

m

=

 

 

 

Cały przekrój: I 450 PE + 

2

×

 L 

130 130 12

×

×

 

 

 

4

47921,34 cm

x

J

=

 

4

23886,39 cm

y

J

=

 

17,38 cm

x

i

=

 

12, 27 cm

y

i

=

 

3

,

3114,13 cm

x g

W

=

 

3

,

1618,33 cm

x d

W

= −

 

3

,

1061,62 cm

y g

W

= −

 

3

,

1061,62 cm

y d

W

=

 

2

158,59 cm

A

=

 

124, 49 kg/m

m

=

 

 

 

 

 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

28 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

Określenie klasy przekroju: 

 

 

pas ściskany: 

 

2

190 9, 4

2 21

130 12 13 174,3 mm

2

2

f

w

I

L

b

t

r

b

a

g

r

− −

− ⋅

=

+ − − =

+

− − =

 

174,3

215

215

14,53

33

33

33

33

klasa 1

12

215

d

b

t

f

ε

=

=

<

⋅ =

=

=

 

 

 

ś

rodnik: 

 

450

2 14, 6

2 21

215

215

40,30

42

42

42

42

klasa 3

9, 4

215

d

b

t

f

ε

− ⋅

− ⋅

=

=

<

⋅ =

=

=

 

 

Zatem cały przekrój (I 450 PE + 

2

×

 L 

130 130 12

×

×

) jest klasy 3. 

 

Naprężenia w pasie górnym według wzoru Z5–2: 

 

( )

( )

1

1

y

x

d

L

x

y

M

M

f

W

W

ϕ

+

 

( )

1

1

1

1

x

d

L

y

x

M

N

f

W

A

ϕ

ϕ

+

 

 
Naprężenia w pasie dolnym według wzoru Z5–4: 

 

( 2)

x

d

L

x

M

f

W

ϕ

 

 

W celu wyznaczenia współczynnika zwichrzenia przyjmujemy przekrój zastępczy. 

 

 

 

 

 

 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

29 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

Dobór zastępczego przekroju belki podsuwnicowej: 

 

2

2

2

2 29,90 cm

19,0 cm 1, 46 cm

87,54 cm

L

I

I

pg

f

f

A

A

b

t

= ⋅

+ ⋅ = ⋅

+

=

 

2

87,54 cm

1,95 cm

13, 0 cm 19, 0 cm 13, 0 cm

pg

pg

pg

A

t

b

=

=

=

+

+

 

 

 

Zastępczy przekrój pasa górnego 

 

 

4

48952,35 cm

x

J

=

 

4

15645, 20 cm

y

J

=

 

17,80 cm

x

i

=

 

10, 06 cm

y

i

=

 

3

,

3435, 28 cm

x g

W

=

 

3

,

1591,94 cm

x d

W

= −

 

3

,

695,34 cm

y g

W

= −

 

3

,

695,34 cm

y d

W

=

 

2

154,58 cm

A

=

 

121,35 kg/m

m

=

 

Smukłość względna przy zwichrzeniu 

L

λ

według wzoru 50 normy [7]: 

 

1,15

R

L

cr

M

M

λ

=

 

 

Nośność obliczeniowa przekroju przy jednokierunkowym zginaniu 

R

 dla przekroju klasy 3 

wyznaczymy ze wzoru 43 normy [7] przyjmując 

1

ψ

=

 

R

c

d

M

W

f

ψ

= ⋅

 

 

3

,

3435, 28 cm

c

x g

W

W

=

=

 

2

215 MPa

21,5 kN/cm

d

f

=

=

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

30 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

zatem : 

1,0 3435, 28 21,5

73858,52 kNcm

738,59 kNm

R

M

=

=

=

 

 

Ponieważ 

3

3

,

,

3435, 28 cm

1591,94 cm

c

t

x g

x d

W

W

W

W

>

=

>

=

 to dodatkowo: 

(

)

(

)

1

1

1591,94 21,5 1 1, 0 1, 0 1

34226,71 kNcm

342, 27 kNm

R

d

p

M

W f

ψ α

≤ ⋅ ⋅ +

=

+

=

=

 

 

Ostatecznie: 

342, 27 kNm

R

M

=

 

 

Moment krytyczny przy zwichrzeniu 

cr

ze wzoru Z1–9 normy [7], Załącznik 1: 

 

2

2

2

0

0

(

)

cr

y

y

s

y

z

M

A N

A N

B i N N

= ± ⋅

+

+

 

 

Siła krytyczna przy ściskaniu osiowym: 

 

 

wyboczenie giętne względem osi Y – przypadek Eulera według wzoru Z1–4 normy [7]: 

 

( )

(

)

2

2

2

2

20500 15645, 20

8792,90 kN

1, 0 600

y

cr

y

y

EJ

N

N

l

π

π

µ

=

=

=

=

 

 

wyboczenie skrętne według wzoru Z1–5 normy [7]: 

 

(

)

2

2

2

1

cr

z

T

s

EJ

N

N

GJ

i

l

ω

ω

π

µ

=

=

+

 

 

Zgodnie ze wzorami podanymi w Tablicy Z1–1 i oznaczeniami zawartymi na rysunku w tej tablicy 

obliczamy cechy geometryczne: 

 

450 0,5 14, 6 0,5 19,5

432,95 mm

43, 295  cm

h

=

=

=

 

3

3

4

1

1

1

1,95 45,0

14 807,8 cm

12

12

t b

J

=

=

=

 

3

3

4

2

2

2

1, 46 19,0

834,5 cm

12

12

t

b

J

=

=

=

 

 

(

)

2

2

6

1

2

1

2

14807,8 834,5 43, 295

1 480 784 cm

14807,8 834,5

J

J

h

J

J

J

ω

⋅ ⋅

=

=

=

+

+

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

31 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

(

) (

)

3

3

3

3

3

3

4

1 1

2 2

3 3

1

1

45,0 1,95

19,0 1, 46

(45, 0 1, 46 1,95) 0,94

142, 45 cm

3

3

T

J

b t

b t

b t

=

+

+

=

+

+

=

 

Współczynnik sprężystości poprzecznej: 

2

80 GPa

8000 kN/cm

G

=

=

  

 

2

834,5

13, 275

43, 295 10,97 cm

15645, 20

s

y

J

y

e

h

J

= −

⋅ =

=

17,80 cm

x

i

=

10, 06 cm

y

i

=

(

) (

)

2

2

2

2

0

17,80

10,06

20, 45 cm

x

y

i

i

i

=

+ =

+

=

 

(

) (

)

2

2

2

2

0

20, 45

10,97

23, 21 cm

s

s

i

i

y

=

+

=

+

=

 

 

Zatem podstawiając do wzoru Z1–5 normy [7]: 

 

(

)

(

)

(

)

2

2

2

2

2

2

1

1

20500 1480784

8000 142, 45

3660,32 kN

23, 21

1,0 600

cr

z

T

s

EJ

N

N

GJ

i

l

ω

ω

π

π

µ

=

=

+

=

+

=

 

 

Zgodnie z punktem 3.3.c Załącznika 1 do normy [7] wiemy, że: 

 

0

1

2

y

s

A

A b

A a

= ⋅ +

 

 

Z tablicy Z1-2 normy [7] przyjmujemy 

1

2

,

,

A A B 

 

1

1,0

A

=

2

0,0

A

=

1, 0

B

=

 

Kolejno obliczymy 

s

oraz 

y

 zgodnie ze wzorami w punkcie 3.1. załącznika 1 do normy [7]: 

 

0

s

s

a

y

a

= −

 

 

I

0

0

45, 0

8, 25 14, 25 cm

2

2

h

a

y

=

=

=

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

32 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

 

10,97 cm

s

y

=

 

 

0

10,97 14, 25

3, 28 cm

s

s

a

y

a

= − =

= −

 

 

Z definicji ramię asymetrii 

0

x

r

(

)

2

2

1

x

x A

r

y x

y

dA

l

=

+

 

 

Wzór dla rozpatrywanego przypadku za tablicą Z1–1 normy [7]: 

 

(

)

(

)

3

4

3

4

3

1 1

2 2

1

4

x

s

y

x

t

r

y J

b t e

b t

h

e

e

h

e

J

=

+

+

− −

 

(

)

(

)

3

3

4

4

10,97 15645, 20

45,0 1,95 13, 275

19, 0 1, 46

43, 295 13, 275

1

11,38 cm

0,94

48952,35

13, 275

43, 295 13, 275

4

x

r

+

+

=

= −

+

 

 

Parametr zginania (

0

y

b

) zgodnie z punktem 3.1. Załącznika 1, normy [7]: 

 

(

)

0,5

10,97 0,5

11,38

16,66 cm

y

s

x

b

y

r

= −

⋅ =

⋅ −

=

 

 

Zatem: 

0

1

2

1, 0 16,66

0, 0 ( 3, 28) 16, 66 cm

y

s

A

A b

A a

= ⋅ +

⋅ =

+

⋅ −

=

 

 

Ostatecznie: 

2

2

2

0

0

(

)

cr

y

y

s

y

z

M

A N

A N

B i N N

= ± ⋅

+

+

 

2

2

2

16, 66 8792,90

(16,66 8792,90)

1, 0 23, 21 8792,90 3660,32

343 460,1 kNcm

3 434,60 kNm

cr

M

= +

+

+

=

=

=

 

 

Podstawiając do zapisanego uprzednio wzoru: 

 

342, 27 kNm

1,15

1,15

0,363

3 434,60 kNm

R

L

cr

M

M

λ

=

=

=

 

 

Zgodnie z Tablicą 11 normy [7] odczytujemy wartość 

L

ϕ

 według krzywej 

0

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

33 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

 

(

)

0,363

0,997

L

L

ϕ λ

=

=

 

 
Określenie naprężeń w punkcie: 

 

Naprężenia w punkcie (1), wg rysunku Z5–1 normy [7]: 

 

 

Przęsło: 

max

336, 73 kNm

33673 kNcm

AB

x

x

M

M

=

=

=

 

max

96, 00 kNm

9600 kNcm

AB

y

y

M

M

=

=

=

 

  

3

(1)

,

3114,13 cm

x

x g

W

W

=

=

3

(1)

,

1061,62 cm

y

y g

W

W

=

= −

 

 

33673

9600

0,997 3114,13

1061, 62

d

f

+

 

2

2

19,89 kN/cm

21,5 kN/cm

<

 

 

 

Podpora: 

 

max

312,38 kNm

31238 kNcm

B

x

x

M

M

=

= −

= −

 

max

44,53 kNm

4453 kNcm

B

y

y

M

M

=

= −

= −

 

  

3

(1)

,

3114,13 cm

x

x g

W

W

=

=

3

(1)

,

1061,62 cm

y

y g

W

W

=

= −

 

 

31238

4453

0,997 3114,13

1061, 62

d

f

+

 

 

2

2

14, 26 kN/cm

21,5 kN/cm

<

 

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

34 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

( )

1

1

1

1

x

d

L

y

x

M

N

f

W

A

ϕ

ϕ

+

 

 

1

'

64,384 kN

r

N

H

=

=

 

 

 

Przekrój przyjmowany do wymiarowania przy przenoszeniu obciążeń poziomych 

(uwzględnienie części środnika o szerokości: 

15

15 9, 4 mm 141,0 mm

w

t

⋅ = ⋅

=

 

 

4

1715,86 cm

x

J

=

 

4

23048,13 cm

y

J

=

 

14,98 cm

x

i

=

 

4, 09 cm

y

i

=

 

3

,

1024,36 cm

x g

W

=

 

3

,

1024,36 cm

x d

W

= −

 

3

,

141,70 cm

y g

W

= −

 

3

,

497, 22 cm

y d

W

=

 

2

102, 67 cm

A

=

 

80, 60 kg/m

m

=

 

2

1

102, 67 cm

A

A

= =

 

 

Nośność obliczeniowa przekroju przy osiowym ściskaniu 

Rc

ze wzoru (33) normy [7]: 

 

1, 0 102, 67 21,5

2207, 41 kN

Rc

d

N

A f

ψ

= ⋅ ⋅

=

=

 

8792,90 kN

cr

y

N

N

=

=

 

2207, 41

1,15

1,15

0,576

8792,90

Rc

cr

N

N

λ

=

=

=

 

 
Zgodnie z Tablicą 11 normy [7] odczytujemy wartość 

1

y

ϕ

 według krzywej 

 

(

)

1

0,576

0,822

y

ϕ λ

=

=

 

background image

1. ĆWICZENIE PROJEKTOWE Z BUDOWNICTWA PRZEMYSŁOWEGO 

35 

 

   

Dariusz Włochal, B2 KBI 

ZB 

 

 

Mamy więc: 
 

33673

64,384

0,997 3114,13

0,822 102,67

d

f

+

 

 

2

2

11, 61 kN/cm

21,5 kN/cm

<

 

 

 

Naprężenia w pasie dolnym według wzoru Z5–4: 

 

( 2)

x

d

L

x

M

f

W

ϕ