Определение канатоемкости и расчет закрепления лебедок

При эксплуатации лебедок часто приходится определять их канатоемкость, обеспечивать надежное крепление от сдвига и опрокидывания. Правильность решения этих вопросов должна подтверждаться расчетами.

1.Канатоемкость лебедки зависит от длины и диаметра ее барабана L_б и D_б, количество слоев навивки каната на барабане п и диаметра каната d, которые выбираются из паспорта. Канатоемкость (м) определяют по формуле:

,

где z – число витков каната на рабочей длине барабана; z=L_б/t, t – шаг навивки каната: t=1,1d, n – количество слоев навивки каната на барабане, d – диаметр каната, мм; L_б – длина барабана, мм; D_б – диаметр (конструктивный) барабан, мм.

Рис. 7. Расчетная схема крепления лебедки

2.Рассчитывают крепление лебедки от горизонтального смещения (рис. 7,а)

где Р – усилие, препятствующее смещению лебедки, кН; S – тяговое усилие лебедки, кН; Т_С – сила трения рамы лебедки об опорную поверхность, кН; ,  – масса лебедки, т;  – масса контгруза, т (если он применяется);  – коэффициент трения скольжения.

Скорость подъема груза лебедками, у которых канат наматывается в несколько слоев, зависит от так называемого эффективного диаметра барабана и числа оборотов барабана.

Эффективный диаметр барабана

                                     (2.41)

где z – число слоев каната.

При скорости подъема груза V_г скорость движения каната

V _к = V _г а

где а – кратность полиспаста.

Для обеспечения этой скорости движения каната V _к число оборотов барабана должно быть равно

                                             (2.42)

При многослойной навивке каната на барабан с постоянным числом оборотов барабана скорость V _к определяется для среднего слоя навивки из (2.42)

.

Для удобства перемещения лебедки в пределах монтажной площадки ее устанавливают на деревянные или металлические сани. В процессе работы на лебедку действуют большие нагрузки. Чтобы избежать сдвига лебедки, ее крепят к фундаментам, надежным конструкциям зданий, к специальным якорям или загружают балластом.

Усилие на тяговом канате лебедки стремится приподнять, сдвинуть или опрокинуть лебедку вокруг ребра опрокидывания (рис. 2.9,в).

Необходимый контргруз может быть рассчитан из уравнения равновесия

                                     (2.43)

где К_Р – коэффициент запаса устойчивости (обычно К_у = 2); G _л – сила веса лебедки.

Для уменьшения момента, опрокидывающего лебедку, тяговый трос должен набегать на барабан снизу. Во избежание вырывания лебедки набегающий конец каната должен быть параллельным ее основанию. Для этого устанавливают отводной блок, который обеспечивает правильную намотку каната на барабан лебедки. Направление горизонтальной проекции навиваемого на барабан каната должно быть примерно перпендикулярно к оси барабана. Отсюда расстояние между осями барабана лебедки и отводного блока при условии перекоса каната при его навивке на барабан в крайних точках барабана не более 1,5^о определяется из соотношения

                                  (2.44)

Несоблюдение этого условия вызывает ускоренный износ каната, перекос валов и щек лебедки и т. д.

Сила Р, стремящаяся сместить лебедку в горизонтальном направлении, зависит от силы  и силы трения Т_ТР между рамой лебедки и поверхностью основания, на которое она установлена

,                                             (2.45)

а

                                         ( 2.46)

где  – коэффициент трения между рамой лебедки и основанием.

При монтажных работах наиболее часто применяют электролебедки с тяговым усилием 5 – 100 кН при мощности электродвигателя 2,8–22 кВт.

Для работы во взрывоопасных местах применяют лебедки с пневматическим приводом грузоподъемностью до 1 т.

Перед вводом в эксплуатацию лебедку испытывают на полуторакратную рабочую нагрузку.

 

2.6.2. Тали

 

Таль – грузоподъемный механизм, применяемый для подъема грузов на небольшую высоту и оснащенный цепным или тросовым полиспастом и ручным приводом или электродвигателем.

Тали с электроприводом (называются тельферы) применяют редко и главным образом там, где их установка предусмотрена проектом.

Тали имеют грузоподъемность до 10 т и применяются при монтаже конструкций, ремонте и монтаже различного оборудования, а также узлов трубопроводов, расположенных в помещениях или в труднодоступных местах.

Тали могут иметь различные передачи между приводом и блоком полиспаста: червячную, цилиндрическую зубчатую, рычажную.

Тали часто крепят к тележкам, имеющим два или четыре ролика, которые перемещаются по нижней полке двутавровой балки-монорельса.

При монтажных работах главным образом распространены легкие тали грузоподъемностью 0,5; 1 и 2 т, которые могут обслуживать один-два рабочих. Масса большинства талей на 1 т грузоподъемности составляет 40 – 47 кг. Поэтому тали большой грузоподъемности применяют редко, т. к. их масса быстро возрастает, что затрудняет их перемещение и установку вручную.

Рычажные тали (например, рычажная таль ТР-1 грузоподъемностью 1 т массой 17,3 кг) имеют массу значительно меньшую, чем масса талей других конструкций такой же грузоподъемности.

Наиболее широко используются тали с червячным приводом (рис. 2.10). В этой тали крюк 1 для подъема груза подвешен на пластинчатой цепи 2. Один конец цепи прикреплен к корпусу 4, второй конец переброшен через звездочку 3. Звездочка 5 закреплена на одном валу с червячной шестерней 6, приводимой в движение червяком 7, на валу которого закреплено приводное колесо 8. На валу червяка установлено тормозное устройство, благодаря которому груз может удерживаться на весу. Торможение создается силой, действующей вдоль оси червяка. Крюк 9 служит для подвешивания тали.

Усилие Q, необходимое для подъема груза, может быть определено из зависимости

                                              (2.47)

где Q – усилие, прикладываемое рабочим к цепи привода тали; G _Г – сила веса груза; i – передаточное (отношение) число червячного редуктора; а – кратность полиспастной подвески, обычно равной двум; R – радиус приводного колеса; r – радиус ведущей звездочки;  – к.п.д. тали.

Рис. 2.16. Ручная таль с червячным приводом

 

Домкраты

 

Домкраты применяют для подъема или горизонтального перемещения тяжеловесного оборудования. Высота подъема достигает 500 мм, грузоподъемность 300 т. Наиболее часто домкраты используют при выверке монтируемого оборудования и конструкций. Домкраты могут иметь ручной, электрический, гидравлический или пневматический привод. Механизмы с электрическим и гидравлическим приводами имеют сравнительно малые мощности и габариты.

По принципу устройства домкраты делятся на реечные, винтовые, гидравлические (рис. 2.11). В основу устройства домкратов с ручным приводом положен рычаг, винт или сообщающиеся сосуды с разной площадью сечения. Вследствие этого человек, прикладывая сравнительно малое усилие (в среднем 16 кг), может поднимать значительный груз. Реечные и винтовые домкраты просты по конструкции, имеют небольшие габариты и массу.

 

Рис. 2.11. Домкраты:

а – винтовой, б – реечный, в – гидравлический

 

Реечные домкраты имеют грузоподъемность до 10 т. Груз при подъеме опирается на головку рейки или боковую нижнюю лапу. В последнем случае груз можно приподнимать непосредственно с опорой поверхности. Безопасность при работе с реечным домкратом обеспечивается храповым механизмом, который связан с рукояткой. Поэтому при подъеме груза собачка должна находиться на храповом колесе. Реечные домкраты используют при грубой выверке оборудования и при несложных монтажных работах, т. к. они не обеспечивают плавного и небольшого перемещения поднимаемого груза и имеют недостаточно надежное стопорное устройство.

Винтовые домкраты изготовляют грузоподъемностью до 20 т. При одинаковой грузоподъемности с реечными, винтовые домкраты имеют в 1,5 – 2 раза меньшую массу. Винтовые домкраты обладают свойством самоторможения. Их используют для подъема и установки тяжеловесного оборудования. Точность регулировки груза по высоте при помощи винтовых домкратов 0,3 – 0,5 мм. Недостатком винтовых домкратов является то, что головка расположена вверху, в связи с чем необходимо иметь соответствующий запас высоты, чтобы завести домкрат под груз.

 

2.7.1.Расчет грузоподъемности домкрата

 

Вес поднимаемого груза и необходимое усилие на рукояти домкрата связаны между собой следующим образом. Приравняв работу, совершаемую рабочим за один оборот рукояти домкрата, к работе, которая затрачивается на подъем груза, получим для винтового домкрата

                                                 (2.48)

где Q – усилие, прилагаемое рабочим; R – длина рукояти (радиус); G _Г — вес поднимаемого груза или преодолеваемое сопротивление; S – перемещение груза на один оборот рукояти (соответствует шагу винта домкрата); – к.п.д. устройства.

Из (2.48) имеем необходимое усилие

                                             (2.49)

Для реечного домкрата необходимое усилие определяется той же зависимостью, что и для винтового домкрата, но перемещение S за один оборот рукояти зависит от передаточного числа i между шестерней, закрепленной на оси рукояти домкрата, и зубчатым колесом, приводящим в движение рейку домкрата, и диаметра делительной окружности этого зубчатого колеса, то есть

                                            (2.50)

                                            (2.51)

где i – передаточное отношение; d _Д – диаметр делительной окружности; m – модуль зуба; z – число зубьев.

Следовательно, для реечного домкрата

                                             (2.52)

Гидравлические домкраты применяют для подъема или горизонтального перемещения очень тяжелого оборудования (массой до 2000 т и более). Грузоподъемность гидравлических домкратов доходит до 300 т. В качестве рабочей жидкости в гидравлических домкратах используют масло (в основном), воду и др. В гидравлическом домкрате жидкость подается ручным насосом (диаметр штока d_ш) в основной цилиндр (диаметр поршня D).

Грузоподъемность домкрата

                                             (2.53)

где Р – давление масла в цилиндре, равное давлению масла, создаваемому ручным насосом; F _Ц – площадь сечения основного цилиндра.

 

2.7.2. Расчет усилий, прилагаемых к домкрату

 

Усилие, прилагаемое рабочим на конце рукояти, диаметр штока и давление связаны зависимостью

                                               (2.54)

где l – длина рукояти до оси закрепления; r – расстояние от оси до штока.

Разделив уравнение (2.54) на (2.53) и учитывая к.п.д. домкрата, получим усилие, необходимое для перемещения груза весом G _Г

                                             (2.55)

 – к. п. д. домкрата (  = 0,7).

При работе с гидравлическим домкратом во избежание резкого оседания груза в случае прорыва манжеты или порчи клапана под борты поршня по мере его подъема необходимо подкладывать полукольца из квадратной стали.

Если надо поднять груз на большую высоту, чем ход домкрата, поступают следующим образом. Подняв груз на высоту одного хода, подводят под него надежные подкладки. Затем домкрат опускают в нижнее положение и с помощью подкладок доводят до соприкосновения с грузом. После этого цикл подъема повторяют. Этот же принцип использован в ленточных гидравлических подъемниках и др.

При использовании домкратов необходимо опорную поверхность рассчитывать на полную грузоподъемность.

Кроме вышеперечисленных общеупотребительных домкратов на монтажных работах применяют специализированные домкраты (рис.)

Беспоршневые домкраты относятся к гидравлическим относятся также беспоршневые домкраты. Принцип действия их заключается в том, что замкнутый объем, который может деформироваться, наполняют маслом под высоким давлением. Под действием этого давления стенки домкрата перемещаются; величина перемещения – это ход домкрата. В таких домкратах перемещение достигает 20 мм. Они могут развивать усилие до 200 т.

Винтовой распорный домкрат служит для правки металла, а также для перемещения грузов на небольшие расстояния (до 150 мм). Малогабаритные винтовые домкраты находят применение для выверки оборудования в процессе монтажа. Их выпускают грузоподъемностью 3 и 5 т.

Для выверки технологического оборудования широко используют клиновые домкраты. Эти домкраты работают следующим образом. С помощью винта перемещают клин, расположенный в нижней части корпуса домкрата. На наклонной поверхности клина установлена плита, нижняя плоскость которой также имеет наклонную поверхность. При движении по клину плита перемещается в вертикальном направлении, для чего она установлена в корпусе в вертикальных пазах. Максимальная высота подъема груза у этих домкратов 10 – 15 мм, что вполне достаточно для выверки оборудования. Их масса при грузоподъемности 5 и 10 т равна соответственно 5,5 и 13,5 кг.

 

 

Рисунок 89 Специализированные домкраты

  г – беспоршневой; д – распорный; е – клиновой; 1 – рукоять; 2 – винт; 15 – клин; 16 – плита.

Якоря

 

Якорями называются неподвижные сооружения, способные воспринимать горизонтальные и вертикальные усилия. Якоря служат для закрепления лебедок, полиспастов, расчалок и вант.

С увеличением грузоподъемности такелажных средств возрастают нагрузки на якоря, что требует значительных затрат труда и материалов на и их устройство. В связи с этим совершенствованию конструкций монтажных якорей уделяется большое внимание.

Различают постоянные и временные якоря. Постоянные якоря применяются, например, для крепления вант высоких мачт линий электропередач и являются составной частью сооружения. Временные якоря используют только в процессе выполнения тех или иных работ. Закреплять их можно за существующие сооружения, только при этом необходимо проверить прочность и устойчивость элементов конструкций сооружений.

Основной; характеристикой якорей является их несущая способность, то есть нагрузка, которую они могут выдержать.

При монтажных работах применяют якоря различных типов: свайные, винтовые, закладные (заглубленные, земляные), инвентарные: наземные и полузаглубленные.

Свайный якорь (рис. 2.12,а) представляет собой сваю 1, забиваемую в грунт. Для увеличения устойчивости к свае может прикрепляться поперечина 2. Свайные якоря обычно выполняют из бревен и применяются для нагрузок, не превышающих 30 кН, диаметр их d_c = 180 - 260 мм, заглубление сваи b  1500 мм, а  300 мм, с  400 мм. Кроме одиночных свай в качестве якоря в отдельных случаях могут быть использованы двойные и тройные сваи.

В зависимости от направления действующей на сваю силы ее забивают вертикально или под углом. Забивка деревянных свай очень трудоемка, и поэтому эти сваи применяют, если не подходит другой тип якоря. Используют также якоря из металлических балок (швеллера и двутавра). Металлические балки проще всего погружать в   грунт вибрационными молотами.

Так как свая работает как консольная балка, то ее прочность оп­ределяется диаметром d_c и размером а. Устойчивость зависит от глубины погружения b.

Винтовой якорь (рис. 2.12,6) состоит из металлического стержня 3, к концу которого приварена спираль 4. Нижний конец стержня заострен, на верхней части имеется бобышка 5, за которую крепится канат и спомощью которой стержень ввинчивается в грунт. Винтовые якоря могут применяться для нагрузок до 100 кН. Недостатком этих якорей является то, что для их завинчивания требуется значительными крутящий момент и большое осевое усилие.

 

 

 

а – свайный, б – винтовой

Рис. 2.12 Якоря

 

Свайные и винтовые якоря имеют ограниченную область применения в монтажной практике, так как вследствие сравнительно небольшого расчетного усилия вместо них в большинстве случаев можно использовать фундаменты, ранее смонтированные конструкции или инвентарные якоря.

Закладные (заглубленные, земляные) якоря характеризуются значительным заглублением основной конструкции якоря в грунт. Горизонтальная и вертикальная составляющие нагрузки на якорь компенсируются сопротивлением грунта и массой грунта и якоря.

Заглубленный якорь имеет закладную часть, выполненную из одного или пакета бревен или труб, а при нагрузках 300 – 500 кН – из забетонированных решетчатых стальных конструкций. Чтобы увеличить сопротивление якоря вырыванию, вертикальную стенку котлована могут укреплять щитом из бревен, досок или наклонных труб небольшого диаметра, а также заливают часть траншеи поверх якоря бетоном или закрывают якорь перед засыпкой грунтом горизонтальным щитом.

На закладную часть якоря нагрузка передается через петлю каната или через специальные тяги (тяжи) из швеллеров, выведенных на поверхность. Заглубленную часть тяг обильно смазывают густой смазкой. При засыпке котлована грунт трамбуют слоями толщиной 250—300 мм. Часто вместо грунта якорь засыпают щебнем или гравием.

Заглубленные якоря разделяются на облегченные для нагрузок до 200 кН, в которых закладная часть укладывается непосредственно в траншею, и усиленные для нагрузок выше 200 кН с укреплением вертикальной стенки котлована щитом.

Устройство закладных якорей, способных воспринимать большие усилия, связано со значительным объемом земляных работ и потерей материалов, идущих на изготовление якорей, так как их оставляют обычно в земле и в дальнейшем не используют.

Инвентарные наземные (рис. 2.14) и полузаглубленные якоря, широко применяемые в настоящее время, выполняют обычно в виде жесткой рамы из швеллеров, на которую укладывают бетонные блоки массой 1,5 — 7,5 т. Это позволяет сравнительно легко получать якоря, рассчитанные на восприятие значительных нагрузок. Вместе с тем якорь в целом или отдельные его части можно использовать многократно, что сокращает расходы на его изготовление. Применение инвентарных якорей значительно уменьшает объем земляных работ.

Существенный недостаток наземных якорей – значительная зависимость их несущей способности от состояния поверхности грунта и погодных условий. Поэтому наземные якоря устанавливают на ровной поверхности, очищенной от грязи, снега, неплотного грунта и засыпанной слоем крупного песка или
щебня. При устройстве наземных якорей верхний плотный слой грунта не срезают, что позволяет увеличить устойчивость якоря. На свеженасыпанном грунте, мелком песке и болотистой почве наземные якоря обычно не устраивают. При сильном обводнении почвы площадку для установки якоря осушают, сооружая дренажные канавы.

 

 

Рисунок 2.14 Инвентарный наземный якорь

 

Чтобы увеличить сопротивление сдвигу якоря примерно в 2 раза, были разработаны якоря с шипами. Они представляют собой раму из швеллеров или из труб, на нижней плоскости которой приваривают шипы из отрезков труб, уголков, швеллеров или листовых упоров длиной 200 — 600 мм. Шипы позволяют увеличить сцепление якоря с грунтом (коэффициент сцепления 0,7 — 0,8 и больше). Отношение массы якоря к его грузоподъемности в среднем равно 2,2 — 2,4. Якоря с шипами можно применять в зимних условиях, так как при загрузке балластом массой 40 т шипы рамы в течение 4 суток и менее погружаются в мерзлый грунт.

Чтобы увеличить грузоподъемность инвентарных якорей, один или несколько блоков заглубляют в грунт на всю высоту (полузаглубленные якоря). Остальные блоки, укладываемые сверху, обеспечивают соответствующую массу якоря. Наиболее рациональные компоновки схем полузаглубленных якорей представлены на рис. 2.15. Инвентарный разборный полузаглубленный якорь при заглублении на 1 м может выдержать усилие 400 кН, имея общую массу 30 т. При отсутствии заглубления и из расчета только сопротивления на трение о грунт такой якорь должен был бы иметь массу около 150 т.

Анализ показывает, что, в общем случае, масса полузаглубленных якорей не превышает 50 % массы наземных якорей.

 

Рис. 2.15. Инвентарные полузаглубленные якоря

В полузаглубленных якорях шарниры для крепления тяг и канатов расположены в центре тяжести заглубленной части якоря. При заглублении якоря сила S ₂, сдвигающая якорь, воспринимается стенкой заглубления.

 

2.8.1. Расчет закладного якоря

 

Расчет якоря определяется его несущую способность, для чего необходимо найти геометрические размеры его и траншеи, массу якоря и грунта, которые гарантируют якорь от вырывания и сдвига в горизонтальном направлении под влиянием действующих на него нагрузок.

Схема для расчета приведена на рис. 2.13.

По известному усилию в тянущем канате S и углу  определяем горизонтальную S₂ и вертикальную S₁ составляющие:

,

 .                                     (2.56)

Силы, нормальные к поверхности стенок траншеи, вызовут появление сил трения Т₁ и Т₂, величины которых определяются из соотношений

,

,                              (2.57)

где  – коэффициент трения якоря о грунт (  = 0,3 - 0,4); G_ГР – сила веса грунта над якорем (при заливке бетоном включает и силу веса бетона); G _Я – сила веса якоря.

Сила веса грунта определяется по формуле:

для якоря без щита (рис. 2.13,а)

                               (2.58)

для якоря со щитом (рис. 2.13,б)

                                   (2.59)

где  – плотность грунта (  = 1600 кг/м³);
g – ускорение силы тяжести.

 

Рис. 2.13. Схема для расчета закладного якоря:

а – простого, б – со щитом, в – с одной тягой, г – с двумя тягами

 

Извлечению (выдергиванию) якоря из грунта препятствуют силы веса грунта и якоря, а также сила трения. Принято считать, что отделение грунта от массива в процессе извлечения якоря происходит по прямой, направленной под углом к вертикали, где  – угол естественного откоса или угол внутреннего трения. Этот угол зависит от типа грунта и соответственно равен 40 – 42^о.

Устойчивость якоря соответствует условиям, когда ( = 0)

                                   (2.60)

где К₁ – коэффициент запаса для вертикальных сил (для якоря без щита K₁=3 для якоря со щитом K₁= 1,5).

Якорь давит на грунт в горизонтальном направлении с силой S ₂ (  = 0). Удельное давление на грунт должно быть меньше допускаемого. Для предотвращения сдвига якоря в горизонтальном направлении должно выполняться условие

                           (2.61)

где К₂ – коэффициент уменьшения допускаемого давления на грунт вследствие неравномерного смятия (для мягких грунтов К₂ = 0,25, для твердых грунтов К₂ = 0,5); Р – допускаемое давление на грунт.

В зависимости от типа грунта Р может иметь следующие значения, МПа:

для плотно слежавшегося гравия                0,5 — 0,8;

сухой глины                                                         0,3 — 0,4;

плотно слежавшегося сухого песка                  0,3 — 0,5;

мокрого песка                                                         0,1— 0,3;

мокрой глины                                                       0,05— 0,2;

болотистого грунта, торфа                     0,025— 0,05.

При расчете угол откоса траншеи  не должен быть больше угла естественного откоса для грунта. Грунт, находящийся вне указанных пределов угла, практически не оказывает давления на якорь.

Якоря бывают с одной (рис. 2.13,в) и двумя тягами (рис. 2.13,г). В якорях с одной тягой на закладную часть (анкер) действует изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки Р по длине закладной

                                               (2.62)

В якорях с бетонными анкерами грузовые тяги привариваются к балкам, заложенным по всей длине бетонного массива, и расчет на прочность таких анкеров обычно не выполняется. Если закладная часть выполнена из бревен или труб, то анкер рассчитывается на прочность.

В якорях с двумя тягами на закладную часть (анкер) действуют изгибающий момент от равномерно распределенной нагрузки Р по длине закладной и продольные силы N.

                                                  (2.63)

где с – расстояние от конца анкера до точки крепления тяги.

Сила N, сжимающая закладную часть

                                               (2.64)

Находим требуемый момент сопротивления сечения анкера в целом (см³):

                                  ,

где m – коэффициент условия работы: m _Р = 0,85; R – расчетное сопротивление анкера, работающего на изгиб (для бревен R = 13 МПа).

В зависимости от выбранного материала определяем сечение анкера, взяв его из одного или нескольких бревен или труб. Сечение анкера из стальных труб подбирается так, чтобы суммарный момент сопротивления сечения W _х был ближайшим большим к W _тр. Для анкера из бревен определяют их диаметр по формуле

                                        ,

где п – количество бревен (величиной п задаются).

Проверяют анкер на прочность при его изгибе и сжатии, задаваясь диаметром бревен или стальных труб и их количеством:

                                     ,

где F – суммарная площадь сечения бревен или труб в см², (для бревен F = 0,785 d ² n); W _х — суммарный момент сопротивления сечения бревен или труб, см³ (для бревен W _х = 0, 1d³n).

Для инвентарных полузаглубленных якорей условия равновесия определяются уравнениями (2.60) и (2.61) в которых сила веса грунта G _ГР = 0, а размер h является высотой заглубления якоря.

Для незаглубленных, инвентарных наземных якорей уравнения равновесия примут следующий вид (отсутствует сила трения T ₁ = 0 и сила веса грунта G _ГР = 0):

для вертикальных сил, отрывающих якорь от грунта из (2.60):

                                               (2.65)

для горизонтальных сил, сдвигающих якорь из (2.61) отсутствует реакция грунта, а также G _ГР = 0:

                                     (2.66)

В этих уравнениях К₁ = 1,5 коэффициент трения стали о грунт,  = 0,3 – 0,4, для якорей с шипами = 0,7 – 0,8. Уравнение (2.66) можно также записать в виде:

                                         (2.67)

или

                             (2.68)

Поскольку обычно S ₂ > S ₁, условие в виде уравнений (2.67) или (2.68) является определяющим для выбора массы наземного якоря.

Пример 13. Рассчитать заглубленный якорь для крепления тормозной оттяжки с усилием N = 180 кН, направленной под углом к горизонту α = 35°. Грунт – плотно слежавшийся гравий.

Решение:

 1. Задаемся следующими размерами элементов якоря: ширина верхнего основания котлована b = 3 м; ширина нижнего основания котлована a == 0,5 м; глубина заложения анкера Н = 3 м; длина анкера l = 3,2 м.

2. Определяем силу веса G _гр грунта в котловане для якоря без щита (2.58):

                              кН

3. Рассчитываем силу трения анкера (бревна) Т₁ о стенку котлована:

                                кН,

4. Находим вертикальную составляющую усилия в тормозной оттяжке:

                               

5. Проверяем устойчивость якоря от вырывания анкера из котлована усилием S ₁ (силой веса самого якоря в данном случае можно пренебречь)

,

                                            ,

                 

Полученное неравенство свидетельствует об устойчивости якоря от вырывания из грунта.

6. Выбрав предварительно количество бревен для анкера п = 2 шт. диаметром d = 30 см, рассчитываем удельное давление их на стенку котлована от действия горизонтальной составляющей N ₁.

,

,

,

где N ₁ = N cos a = 180·0,819 = 147,5 кН.

7. Выбирая тип якоря с одной тягой, определяем изгибающий момент в бревнах (2.62):

                            кН×см.

8. Находим требуемый момент сопротивления сечения бревен:

                 

9. Находим диаметр бревен:

                              см

 

Расчет полузаглубленного якоря сводится к проверке якоря на отрыв от грунта, вертикальной составляющей усилия, действующего на якорь, определению удельного давления на стенку котлована гранью заглубленного блока от горизонтальной составляющей усилия, действующего на якорь, и сравнению этого давления с допускаемым.

Рис. 8. Расчетная схема инвентарного полузаглубленного якоря

 Расчетное удельное давление должно быть меньше допускаемого, что обеспечивает отсутствие сдвига грунта, а значит и якоря.

Проверка якоря на сдвиг не выполняется, так как сдвигающее усилие компенсируется реакцией на якорь стенки котлована.

Также не требуется проверки якоря на опрокидывание. Это объясняется тем, что опрокидывающий момент, создаваемый тяговым канатом, закрепленным за самый нижний заглубленный блок, значительно меньше удерживающего от массы якоря. Кроме того, якорь, состоящий из блоков, не связанных между собой жестко, не является монолитной конструкцией.

Полузаглубленный якорь рассчитывается следующим образом (рис. 8).

1. Проверяют якорь на отрыв от грунта вертикальным усилием:

                                  

где G – вес якоря, т (величиной G задаются, считая, что он должен несколько превышать тяговое усилие, действующее на якорь); Т – сила трения заглубленного блока якоря о стенку котлована, кН, при коэффициенте трения f, равном 0,5; Т = N ₁ f:; N ₁ – горизонтальная составляющая усилия N, кН, действующего на якорь; N ₁= N cosα (здесь α - угол наклона тягового каната к горизонту); к_у—коэффициент устойчивости якоря: к_у = 1,4; N ₂—вертикальная составляющая усилия N, кН: N ₂= N sin α.

2. Подсчитываем удельное давление грани заглубленного блока на стенку котлована (МПа):

                                   ;

где l _б – длина заглубленного блока, см; h _б – высота заглубленного блока, см;

η – коэффициент уменьшения допускаемого давления, учитывающий неравномерность смятия (принимается равным 0,25); [σ_г] – допускаемое удельное давление на грунт данной категории.

Пример 12. Рассчитать инвентарный полузаглубленный якорь для ванты, натянутой с усилием N = 280 кН под углом к горизонту a = 45°. Якорь устанавливается на сухом песчаном грунте.

Решение:

1. Находим массу якоря, принимая для него количество бетонных блоков т = 4 шт, размерами 0,9х0,9х4 м, массой к = 7,5 т каждый:

                                    т.

2. Определяем силу трения заглубленного блока о стенку котлована:

                         кН.

3. Подсчитываем величину вертикальной составляющей усилия в ванте N:

                           

4. Проверяем якорь на отрыв от грунта, комплектуя его, как показано на рис. 8:

                                       ,

               .

Полученное неравенство свидетельствует об устойчивости якоря на отрыв от грунта.

5. Подсчитываем удельное давление заглубленного блока на стенку котлована и сравниваем его с допустимым на данную категорию грунта: