mgssuvestВестник МГСУVestnik MGSU1997-09352304-6600Moscow State University of Civil Engineering (National Research University) (MGSU)10.22227/1997-0935.2024.6.878-891mgssuvest-288Research ArticleПроектирование и конструирование строительных систем. Строительная механика. Основания и фундаменты, подземные сооруженияConstruction system design and layout planning. Construction mechanics. Bases and foundations, underground structuresВлияние шага ребер жесткости на напряженно-деформированное состояние элементов подкрановой балкиThe effect of the stiffener pitch on the stress-strain state of the crane beam elementsМаркеевВ. С.MarkeevV. S.

Владислав Сергеевич Маркеев — аспирант кафедры металлических конструкций

398055, г. Липецк, ул. Московская, д. 30

Vladislav S. Markeev — postgraduate student of the Department of Metal Structures

30 Moskovskaya st., Lipetsk, 398055

vladmarkeev@yandex.ruЗверевВ. В.ZverevV. V.

Виталий Валентинович Зверев — доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой металлических конструкций

398055, г. Липецк, ул. Московская, д. 30

Vitalij V. Zverev — Doctor of Technical Sciences, Professor, Head of the Department of Metal Structures

30 Moskovskaya st., Lipetsk, 398055

zverev2901@gmail.comЗайцевИ. А.ZajcevI. A.

Илья Алексеевич Зайцев — магистр кафедры металлических конструкций

398055, г. Липецк, ул. Московская, д. 30

Ilýa A. Zajcev — master of the Department of Metal Structure

30 Moskovskaya st., Lipetsk, 398055

ilja.saicew@yandex.ruЛипецкий государственный технический университет (ЛГТУ)РоссияLipetsk State Technical University (LGTU)Russian Federation202411072024196878891Copyright © Маркеев В.С., Зверев В.В., Зайцев И.А., 20242024Маркеев В.С., Зверев В.В., Зайцев И.А.Markeev V.S., Zverev V.V., Zajcev I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.vestnikmgsu.ru/jour/article/view/288Введение

Введение. Проведено исследование напряженно-деформированного состояния (НДС) разрезных подкрановых балок (ПБ), выделены особенности нагружения от катков крана и влияния на НДС элементов ПБ в части образования усталостных трещин в верхней сжатой зоне стенки. Основная задача исследования — поиск особенностей работы конструкции ПБ кранов с тяжелым режимом работы, поиск методов модернизации конструктивных особенностей с целью недопущения/минимизации развития усталостных трещин.

Материалы и методы

Материалы и методы. За основание для исследования взят многолетний опыт эксплуатации ПБ тяжелого и весьма тяжелого режимов работы кранов, данные заключений по результатам обследований строительных конструкций, заключений по промышленной безопасности опасных производственных объектов, научных публикаций. На базе конструктивных схем существующих и реально эксплуатируемых ПБ металлургического предприятия разработана расчетная модель исследуемой конструкции в вычислительном комплексе прочностного анализа конструкций методом конечных элементов.

Результаты

Результаты. Проанализировано НДС конструкций ПБ кранов с тяжелым и весьма тяжелым режимами работы, изу-чено влияние положения катка крана на состояние различных частей конструкции ПБ: стенки, поясов и ребер. Выведена закономерность в работе элементов конструкции при изменении частоты расположения поперечных ребер ПБ. Выдвинуты предположения по решению прочностной задачи образования недопустимых усталостных трещин в верхней сжатой зоне стенки ПБ.

Выводы

Выводы. По результатам численного анализа НДС модели конструкции ПБ приведены данные, свидетельствующие о малоизвестных ранее особенностях их работы. Приведена гипотеза по решению прочностной задачи образования недопустимых усталостных трещин в верхней сжатой зоне стенки ПБ.

Introduction

Introduction. A study of the stress-strain state of split crane beams was carried out, the features of loading from the crane rollers and the effect on the stress-strain state of crane beam elements in terms of formation of fatigue cracks in the upper compressed zone of the wall were highlighted. The main objective of the study is to search for the features of the crane beam construction of cranes with heavy operation mode, to search for methods of modernization of design features in order to prevent/minimize the development of fatigue cracks.

Materials and methods

Materials and methods. The research is based on long-term experience in the operation of crane beams of heavy and especially heavy operating modes of cranes, data from conclusions based on the results of surveys of building structures, conclusions on industrial safety of hazardous production facilities, scientific publications. Based on the design schemes of existing and actually operated crane beams of the metallurgical enterprise, a computational model of the structure under study was developed in the computational complex of strength analysis of structures by the method of finite element analysis.

Results

Results. The stress-strain state of crane beam structures of cranes with heavy and especially heavy operating modes is analyzed, the influence of the position of the crane roller on the condition of various parts of the crane beam structure: walls, belts and ribs is studied. The regularity in the work of structural elements is derived when the frequency of the transverse ribs of crane beams changes. Assumptions are made to solve the strength problem of the formation of unacceptable fatigue cracks in the upper compressed zone of the crane beam wall.

Conclusions

Conclusions. Based on the results of numerical analysis of the stress-strain state of the crane beam construction model, data are presented indicating the previously unknown peculiarities of crane beams operation. A hypothesis is given for solving the strength problem of the formation of unacceptable fatigue cracks in the upper compressed zone of the crane beam wall.

подкрановая балкатяжелый режим работы крананапряженно-деформированное состояниеусталостная трещинаверхняя сжатая зона стенкишаг поперечных реберусиление подкрановых балокcrane beamheavy crane operation modestress-strain statefatigue crackupper compressed zone of the wallpitch of transverse ribsreinforcement of crane beamsReferencesВыдрин В.Н., Зубко О.В. Наиболее характерные дефекты и повреждения металлических эксплуатируемых подкрановых балок при проведении экспертизы промышленной безопасности // Символ науки: международный научный журнал. 2015. № 10–2. С. 102–109. EDN SMKQEM.Vydrin V.N., Zubko O.V. The most characteristic defects and damages of metal crane beams operated during the examination of industrial safety. Symbol of Science : International Scientific Journal. 2015; 10-2:102-109. EDN SMKQEM. (rus.).Xie Y. Anti-fatigue performance analysis on steel crane beam // Sensors & Transducers. 2013. Vol. 21. Special Issue. Pp. 73–77.Xie Y. Anti-fatigue performance analysis on steel crane beam. Sensors & Transducers. 2013; 21(Special Issue):73-77.Sowa L., Skrzypczak T., Kwiatoń P. The effect of the gantry crane beam cross section on the level of generated stresses // MATEC Web of Conferences. 2018. Vol. 157. P. 02047. DOI: 10.1051/matecconf/201815702047Sowa L., Skrzypczak T., Kwiatoń P. The effect of the gantry crane beam cross section on the level of generated stresses. MATEC Web of Conferences. 2018; 157:02047. DOI: 10.1051/matecconf/201815702047Rykaluk K., Marcinczak K., Rowinski S. Fatigue hazards in welded plate crane runway girders — Locations, causes and calculations // Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2018. Vol. 18. Issue 1. Pp. 69–82. DOI: 10.1016/j.acme.2017.05.003Rykaluk K., Marcinczak K., Rowinski S. Fatigue hazards in welded plate crane runway girders — Locations, causes and calculations. Archives of Civil and Mechanical Engineering. 2018; 18(1):69-82. DOI: 10.1016/j.acme.2017.05.003Danilov A., Tusnina O. Non-disruptive method to decrease stresses in the web of the crane beam // E3S Web of Conferences. 2021. Vol. 263. P. 02022. DOI: 10.1051/e3sconf/202126302022Danilov A., Tusnina O. Non-disruptive method to decrease stresses in the web of the crane beam. E3S Web of Conferences. 2021; 263:02022. DOI: 10.1051/e3sconf/202126302022Hong Y., Lu Y., Zheng Z. Initiation and propagation of short fatigue cracks in a weld metal // Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 1989. Vol. 12. Issue 4. Pp. 323–331. DOI: 10.1016/0142-1123(89)90268-5Hong Y., Lu Y., Zheng Z. Initiation and propagation of short fatigue cracks in a weld metal. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures. 1989; 12(4):323-331. DOI: 10.1016/0142-1123(89)90268-5Meng D., Li G., Tan D., Yang S. Finite element analysis on crane girder with variable cross sections based on ANSYS // Sensors & Transducers. 2013. Vol. 21. Special Issue. Pp. 89–94.Meng D., Li G., Tan D., Yang S. Finite element analysis on crane girder with variable cross sections based on ANSYS. Sensors & Transducers. 2013; 21(Special Issue):89-94.Крахмальный Т.А., Евтушенко С.И. Дефекты и повреждения металлических подкрановых балок производственных зданий // Строительство и архитектура. 2021. Т. 9. № 3. С. 11–15. DOI: 10.29039/2308-0191-2021-9-3-11-15. EDN BTXPAR.Krakhmalnyy T., Evtushenko S. Defects and damages of metal crane beams of industrial buildings. Construction and Architecture. 2021; 9(3):11-15. DOI: 10.29039/2308-0191-2021-9-3-11-15 EDN BTXPAR. (rus.).Бабкин В.И. Оценка циклической трещиностойкости сварных подкрановых балок тяжелого режима работы : дис. ... канд. техн. наук. М., 1985. 164 с.Babkin V.I. Assessment of cyclic crack resistance of welded crane beams of heavy duty operation : dis. …cand. tech. sciences. Moscow, 1985; 164. (rus.).Довженко А.С. Причины разрушения верхних поясных швов подкрановых балок // Материалы по стальным конструкциям. 1958. № 2. С. 195–209.Dovzhenko A.S. Causes of destruction of the upper belt seams of crane beams. Materials on Steel Structures. 1958; 2:195-209. (rus.).Shuryn A., Mukhin A., Bryantsev A. Defects of steel crane beams and methods of their strengthening // E3S Web of Conferences. 2020. Vol. 212. P. 02016. DOI: 10.1051/e3sconf/202021202016Shuryn A., Mukhin A., Bryantsev A. Defects of steel crane beams and methods of their strengthening. E3S Web of Conferences. 2020; 212:02016. DOI: 10.1051/e3sconf/202021202016Патрикеев А.Б. О механизме разрушения верхних участков стальных подкрановых балок // Промышленное строительство. 1971. № 5. С. 38–43.Patrikeev A.B. On the mechanism of destruction of the upper sections of steel crane beams. Industrial Construction. 1971; 5:38-43. (rus.).Дмитриева О.А., Новикова М.А., Тарасова Д.А. Сварные подкрановые балки — проблемы расчета и причины разрушения // X Всероссийский фестиваль науки : сб. докл. 2020. С. 34–37. EDN UEJOFW.Dmitrieva O.A., Novikova M.A., Tarasova D.A. Welded crane beams — calculation problems and causes of destruction. X All-Russian Science Festival : collection of reports. 2020; 34-37. EDN UEJOFW. (rus.).Нежданов К.Н., Кузьмишкин А.А., Гарькин И.Н. Предотвращение усталостных трещин в узле соединения рельса с подкрановой балкой // Современные проблемы науки и образования. 2015. № 1–1. С. 161. EDN VIDVIX.Nezhdanov K.N., Kuzmishkin A.A., Garkin I.N. Prevention of fatigue cracks in the rail junction node crane beams. Modern Problems of Science and Education. 2015; 1-1:161. EDN VIDVIX. (rus.).Кубасевич А.Е. Устойчивость стенок подкрановых балок с усталостными трещинами в зоне сжатого пояса // Вестник гражданских инженеров. 2020. № 4 (81). С. 47–53. DOI: 10.23968/1999-5571-2020-17-4-47-53. EDN OSJUXJ.Kubasevich A.E. Stability of crane girder walls with fatigue cracks in the compressed belt zone. Bulletin of Civil Engineers. 2020; 4(81):47-53. DOI: 10.23968/1999-5571-2020-17-4-47-53. EDN OSJUXJ. (rus.).Москвичев В.В., Чабан Е.А. Исследование напряженно-деформированного состояния подкрановых балок в штатных режимах эксплуатации // Журнал Сибирского федерального университета. Серия: Техника и технологии. 2016. Т. 9. № 4. С. 572–584. DOI: 10.17516/1999-494X-2016-9-4-572-584. EDN WBXECR.Moskvichev V.V., Сhaban E.A. Investigation of the stress-strain state of crane beams in normal ope-rating modes. Journal of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2016; 9(4):572-584. DOI: 10.17516/1999-494X-2016-9-4-572-584. EDN WBXECR. (rus.).Скляднев А.И., Сердюк В.В. Усталостная долговечность и мера повреждаемости верхней зоны стенки сварных подкрановых балок // Безопасность труда в промышленности. 2004. № 11. С. 34–36. EDN JVVWQP.Sklyadnev A.I., Serdyuk V.V. Fatigue durability and the measure of damage to the upper zone of the wall of welded crane beams. Occupational Safety in Industry. 2004; 11:34-36. EDN JVVWQP. (rus.).Беляев Б.И., Корниенко В.С. Причины аварий стальных конструкций и способы их устранения. М. : Стройиздат, 1986. 206 с.Belyaev B.I., Kornienko V.S. Causes of acci-dents of steel structures and ways to eliminate them. Moscow, Stroyizdat, 1986; 206. (rus.).Железнов А.А. Местная устойчивость стенок сварных подкрановых балок с трещинами : дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, 1996. 144 с.Zheleznov A.A. Local stability of the walls of welded crane beams with cracks : dis. … cand. tech. sciences. Novosibirsk, 1996; 144. (rus.).Кикин А.И., Эглескалн Ю.С. Результаты обследования подкрановых конструкций, запроектированных по действующим нормам // Промышленное строительство. 1968. № 12. С. 38–39.Kikin A.I., Egleskaln Y.S. The results of the survey of crane structures designed according to current standards. Industrial Construction. 1968; 12:38-39. (rus.).Белый Г.И., Кубасевич А.Е. Влияние геометрических несовершенств сжатого пояса на несущую способность подкрановых балок с усталостными трещинами в стенке // Вестник гражданских инженеров. 2022. № 3 (92). С. 14–20. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-3-14-20. EDN GERMUB.Belyy G.I., Kubasevich A.E. The effect of geometric imperfections of the compressed belt on the bearing capacity of crane beams with fatigue cracks in the wall. Bulletin of Civil Engineers. 2022; 3(92):14-20. DOI: 10.23968/1999-5571-2022-19-3-14-20. EDN GERMUB. (rus.).Черкашин Е.Г. Исследование влияния способов усиления верхней зоны стенки подкрановых балок // Вестник магистратуры. 2022. № 5–1 (128). С. 29–32. EDN HYQWLG.Cherkashin E.G. Investigation of the influence of ways to strengthen the upper zone of the crane beams wall. Bulletin of Magistracy. 2022; 5-1(128):29-32. EDN HYQWLG. (rus.).Сабуров В.Ф., Серебренникова Е.Н., Фердер А.В. О некоторых особенностях формирования напряженно-деформированного состояния в стенке подкрановых балок при движении крана // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Строительство и архитектура. 2022. Т. 22. № 2. С. 14–20. DOI: 10.14529/build220202. EDN HTBLJC.Saburov V.F., Serebrennikova E.N., Ferder A.V. On the specifics of the formation of stress-strain state of the wall of crane beams during crane movement. Bulletin of SUSU. Series “Construction Engineering and Architecture”. 2022; 22(2):14-20. DOI: 10.14529/build220202. EDN HTBLJC. (rus.).Чалков Г.В. Напряжения в стенках подкрановых балок повышенного ресурса при местном кручении верхнего пояса : дис. … канд. техн. наук. Новосибирск, 2012. 175 с.Chalkov G.V. Stresses in the walls of crane beams of increased resource at local torsion of the upper belt : dis. …cand. tech. sciences. Novosibirsk, 2012; 175. (rus.).Лампси Б.Б., Лампси Б.Б., Маркина Ю.Д. Усиление стальных подкрановых балок при модернизации технологического процесса // Приволжский научный журнал. 2022. № 2 (62). С. 24–28. EDN LBFVVY.Lampsi B.B., Lampsi B.B., Markina Yu.D. Reinforcement of steel crane beams during technological process modernization. Privolzhsky Scientific Journal. 2022; 2(62):24-28. EDN LBFVVY. (rus.).Лампси Б.Б., Хисамова Л.Д., Хазов П.А. Расчетная оценка усталостной долговечности стальной подкрановой балки // Приволжский научный журнал. 2021. № 1 (57). С. 18–24. EDN JXTMTH.Lampsi B.B., Khisamova L.D., Khazov P.A. Estimated fatigue life of a steel crane girder. Privolzhsky Scientific Journal. 2021; 1(57):18-24. EDN JXTMTH. (rus.).Емельянов О.В., Миннатов А.Р. Влияние эксцентриситета передачи нагрузки от колеса мостового крана на напряженное состояние стенки подкрановой балки // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования : тез. докл. 79-й междунар. науч.-техн. конф. 2021. С. 452. EDN IQXXZD.Emelyanov O.V., Minnatov A.R. Influence of the eccentricity of the load transfer from the wheel of the bridge crane on the stress state of the crane beam wall. Current problems of modern science, technology and education : abstracts of the 79th international scientific and technical conference. 2021; 452. EDN IQXXZD. (rus.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.