Приложение А (рекомендуемое). Местные напряжения в ездовых балках

Приложение А
(рекомендуемое)

Местные напряжения в ездовых балках

Представлены методики расчета ездовых балок в зонах местного влияния ходовых колес. Рассмотрены балки трех типов:

- коробчатые балки с рельсом, расположенным на верхнем поясе между стенками;

- двутавровые и коробчатые балки с опиранием колес на нижний пояс;

- двутавровые и коробчатые балки с рельсом, расположенным на верхнем поясе над стенкой.

А.1 Балки с рельсом между стенками

А.1.1 Подтверждение работоспособности балки в зоне местного влияния ходовых колес требует выполнения следующих расчетов:

а) Расчет рельса на прочность по условию (1), (2), где , (А.1);

б) Расчет узла соединения диафрагмы с поясом на прочность. Если использована конструкция по рисунку А.1, б, то рассчитывается сварное соединение по методике 6.3 при = . Если использована конструкция в, на прочность рассчитывается диафрагма по условию (1), (2), = (А.2).

А.1.2 Максимальные напряжения в рельсе при расположении колеса между диафрагмами вычисляются по формуле (рисунок А.1, положение 1)

,

(А.1)

где - момент сопротивления сечения рельса относительно главной оси у (рисунок А.1).

Максимальные сжимающие напряжения на уровне верхней кромки диафрагмы от вертикальной нагрузки вычисляются по формуле

,

(А.2)

где - толщина диафрагмы;

;

- ширина подошвы рельса;

- толщина верхнего пояса.

Рисунок А.1 - Схемы к расчету ездовой балки с рельсом между стенками

А.2 Балки с катанием колес по нижнему поясу

Дана методика расчета балок двух типов:

- балок, нижняя часть которых представляет собой тавр, по поясу которого движутся колеса (рисунок А.2, а);

- коробчатых балок с увеличенными свесами нижнего пояса, по которым движутся колеса (рисунок А.2, б).

Рисунок А.2 - Схемы ездовых балок

А.2.1 Подтверждение работоспособности балки в зоне местного влияния ходовых колес требует выполнения следующих расчетов:

а) Расчет нижнего пояса на прочность в зонах 1, 2 и 3 (рисунок А.3) по условию (1), (2), в котором расчетное напряжение вычисляется с учетом местных напряжений в i-й расчетной зоне по формуле (5), которая в данном случае имеет вид

(А.3)

б) Расчет нижнего пояса в зонах 1 и 3 на сопротивление усталости производится по методике, приведенной в 8. Расчетное напряжение в зоне 1 , в зоне 3 . Здесь напряжение от общего изгиба балки в расчетной зоне, действующее одновременно с местным напряжением . - минимальное значение напряжения в расчетной зоне, возникающее тогда, когда колесо ушло из расчетной зоны. Нормативный предел выносливости по размаху нормальных напряжений в зоне 1 для прокатных двутавров принимается равным = 100 МПа, для составных балок со сварным соединением пояса со стенкой =80 МПа. Нормативный предел выносливости для зоны 3 - =140 МПа.

Рисунок А.3 - Схема местного нагружения ездовых балок с катанием по нижнему поясу

в) Расчет сварного соединения нижнего пояса со стенкой (если таковое имеется) на сопротивление усталости производится по методике 8. Расчетное напряжение (А.2.3, А.2.4.). Для ездового тавра = 0. Нормативный предел выносливости по размаху нормальных напряжений принимается по таблице Ж.1 для сварного таврового соединения с учетом его конструкции.

А.2.2 Максимальные местные напряжения в i-й точке пояса ездовой балки при симметричном приложении двух сил Р вычисляются следующим образом (рисунок А.3, i = 1, 2, 3)

,

(А.4)

где Р - нагрузка, создаваемая одним ходовым колесом;

- толщина пояса;

, - расчетные коэффициенты для каждой расчетной точки, зависящие от конструкции ездовой балки и положения точки контакта колеса с поясом.

Для ездового тавра (рисунок А.3, а) при расчетные коэффициенты в указанных точках вычисляются по формулам:

	;	;
	;	.
	;

Здесь

Для коробчатой балки (рисунок А.3, б) при и 1,0 расчетные коэффициенты в формуле (А.4) вычисляются по формулам:

	;	;
	;	;
	;

Здесь

А.2.3 Нормальные напряжения от местного растяжения и изгиба стенки ездовой балки в зоне соединения с нижним поясом и могут быть вычислены по методике [3].

А.2.4 Коэффициент вычисляется по формуле

,

(А.7)

где = 0,75 для сталей с МПа, = 0,85 для сталей с МПа, = 0,95 для сталей с МПа, = 1,0 для сталей с > 550 МПа;

= 20 мм.

А.3 Балки с рельсом над стенкой

А.3.1 Подтверждение работоспособности балки в зоне местного влияния ходовых колес требует выполнения следующих расчетов (рисунок А.4):

а) Расчет сварного соединения стенки с поясом на прочность по методике 6.3 при (А.11);

б) Расчет сварного соединения стенки с поясом на сопротивление усталости производится по методике 8. Расчетное напряжение (А.7), (А.8), (А.9). Нормативный предел выносливости по размаху нормальных напряжений принимается по таблице Г.1 для сварного таврового соединения с учетом его конструкции.

в) Расчет стенки на местную устойчивость по условию (70), (71).

А.3.2 Максимальные напряжения в стенке от местной нагрузки.

Местные сжимающие напряжения в стенке вычисляются по формуле (рисунок А.4, в)

,

(А.8)

где - толщина стенки;

;

- суммарный момент инерции рельса и пояса.

Если рельс не приварен к поясу, то момент вычисляется как = , где момент инерции рельса относительно оси ; момент инерции пояса. Для двутавровых балок следует считать , а для коробчатых балок , где , ширина поясного свеса, но не более чем . Если же рельс приварен, то момент инерции вычисляется относительно общей оси (рисунок А.4, в).

А.3.3 Местные напряжения от изгиба стенки вычисляются по формуле

,

(А.9)

где - суммарный крутящий момент, приложенный к рельсу;

- суммарный момент инерции при кручении рельса и верхнего пояса.

Момент инерции при кручении пояса двутавровой балки вычисляется как , для пояса коробчатой балки , для рельса прямоугольного сечения (и отношение значений большей стороны сечения рельса к меньшей). Значения моментов инерции при кручении для крановых рельсов приведены в таблице А.1.

Рисунок А.4 - Схемы к расчету ездовых балок с рельсом над стенкой

Таблица А.1 - Значения моментов инерции при кручении для крановых рельсов,

Тип рельса	КР50	КР60	КР70	КР80	КР100	КР120	КР140