Минимальный радиус изгиба троса стального
Обновлено: 19.04.2024
«Рекомендации по расчету прочности стальных канатов, применяемых в строительных металлических конструкциях» впервые были разработаны и выпущены в ЦНИИпроектстальконструкция им. Мельникова в 1982 г. применительно к СНиП II-23-81 «Стальные конструкции».
Основные положения рекомендаций были включены в «Пособие по проектированию стальных конструкций (к СНиП II-23-81*)», М., ЦНИИСК им. Кучеренко, 1989 г.
С момента разработки указанных выше рекомендаций многократно вносились изменения в СНиП II-23-81. Вышли новые СНиП 2.05.03-84 «Мосты и трубы», в которых содержатся полезные сведения по канатам для мостов и методики их расчета. Накоплен опыт проектирования, строительства и эксплуатации сооружений с элементами из стальных канатов.
В связи с этим стала очевидной необходимость разработки и издания новой, уточненной редакции рекомендаций, которая существенно дополнена сведениями о типах и характеристиках стальных канатов применительно к использованию в строительных металлических конструкциях.
В дальнейшем предполагается периодические издание поправок к рекомендациям (или новых редакций) в связи с изменениями нормативных документов.
Текст, таблицы 1, 9, 10, 11, 12 составлены М.М. Кравцовым, таблица 2 - Б.В. Остроумовым и В.И. Кинахом, остальные таблицы - Е.Е. Артюховой. Оформление материала и подготовка к зданию выполнена Е.Е. Артюховой.
1. Общие положения
1.1 . Канаты используют в элементах конструкций, воспринимающих исключительно растягивающие усилия. При этом не требуется развитие сечений по условиям устойчивости и создается возможность эффективного применения сталей высокой прочности с полным использованием несущей способности материала, снижением расхода металла и уменьшением собственного веса конструкции. Вместе с тем, из-за малого диаметра элементов, образующих канат, особое внимание должно быть обращено на защиту от коррозии.
2. Характеристики и основные параметры стальных канатов
2. 1. Канатная проволока
2. 1.1 . Канаты формируют из высокопрочной стальной проволоки с размером сечения до 5 - 7 мм, получаемой из заготовок диаметром до 10 - 12 мм путем прокатки и многократного волочения через фильеры (отверстия в пластинках из твердого сплава) с применением термической обработки. В процессе изготовления проволоки предел прочности повышается в 2 - 4 раза, однако пластические свойства существенно снижаются.
2. 1.2 . По форме поперечного сечения различают канатную проволоку круглого и фасонного (зетобразного, иксобразного или трапециевидного) сечения.
2. 1.3 . По виду поверхности различают проволоку: светлую (бе з покрытия), оцинкованную трех групп в зависимости от поверхностной плотности цинка: с толстым слоем цинка для особо жестких в коррозионном отношении условий работы (ОЖ), со слоем цинка средней толщины для жестких условий работы (Ж), со слоем цинка небольшой толщины для средних условий работы (С).
По специальным техническим условиям готовят проволоку с покрытием слоем алюминия или полимерных материалов.
2. 1.4 . Временное сопротивление разрыву проволоки характеризуется маркировочной группой от 1078 до 2352 МПа (110 - 240 кгс/мм 2 ).
2. 1.5 . Механические свойства проволоки, преимущественно, по однородности и пластическим свойствам характеризуются марками ВК (высокого качества), В и I, которые отличаются заданным разбегом временного сопротивления проволок (меньшим - для групп ВК и большим - для групп В и I) числом перегибов и скручиваний проволоки до разрушения - наибольшими для группы ВК и меньшими - для групп В и I.
2.2. 1. По конструкции различают канаты (пучки) из параллельных проволок и витые канаты. Промышленностью в СССР изготовляются только витые канаты; канаты из параллельных проволок готовят только при строительстве отдельных крупных объектов (преимущественно, мостов) непосредственно на монтаже или на припостроечном полигоне.
2.2.2 . По виду поперечного сечения различают круглые и плоские витые канаты.
2.2.3 . По типу свивки круглые витые канаты подразделяются на следующие типы: канаты одинарной свивки (спиральные) с расположением проволок в концентрических кольцевых слоях, двойной и тройной свивки (многопряд ные). Канаты двойной свивки образованы из спиральных канатов (прядей): одна прядь (сердечник) располагается в центре, а остальные - в концентрических слоях по спиральным линиям. Канаты тройной свивки состоят из свитых канатов двойной свивки (стренг).
2.2.4 . По точности изготовления различают канаты нормальной (без обозначения) и повышенной (Т) точности.
2.2.5 . Спиральные канаты могут быть образованы только из круглых проволок; закрытые спиральные канаты отличаются использованием в одном или нескольких внешних слоев фасонных проволок зетобразного, трапециевидного или иксобразного сечения.
2.2.6 . По виду сердечника различают витые канаты с металлическим (МС) и органическим (о с) сердечником, а также с сердечником из искусственных материалов (ис) и из металлической проволоки малой прочности (мсм).
2.2.7 . По типу свивки канатов одинарной свивки (в т.ч. прядей) различают канаты с точечным касанием проволоки между слоями ( ТК) и с линейным касанием (ЛК), а также различные модификации с одинаковым (ЛК-О) и разным (ЛК-Р) диаметром проволок по слоям, с проволоками заполнения (ЛК-З), с сочетанием слоев проволок одинаковых и разных диаметров (ЛК-РО ), с комбинированным точечно -линейным касанием (ТЛК).
2.2. 8. По направлению свивки различают канаты правой (без обозначения) и левой (Л) свивки.
По сочетанию направлений свивки многопрядных канатов и их элементов различают: канаты крестовой свивки (без обозначения), в которых направления свивки каната и составляющих его прядей и стренг противоположны; канаты односторонней свивки (О), в которых одинаковы направления свивки каната и наружных слоев прядей; канаты комбинированной свивки (К) с чередующимися направлениями свивки прядей.
2.2.9 . По способу свивки различают: канаты нераскручивающиеся (Н), в которых пряди (для многопрядных канатов) или проволоки (для спиральных канатов) сохраняют свое положение после снятия перевязок или заварки с конца каната; канаты раскручивающиеся (Р), не обладающие указанными выше качествами.
2.2. 10. По степени крутимости различают канаты крутящиеся (без обозначения) с одинаковым направлением всех прядей и стренг и малокрутящиеся ( МК) - многослойные канаты с противоположным направлением свивки в слоях.
2.2. 11. По временному сопротивлению разрыву (маркировочной группе), механическим свойствам (групп В К, В и I) и виду покрытия проволок канаты различают по соответствующим характеристикам канатной проволоки, из которой образован канат (см. выше).
2.2. 12 . По назначению различают канаты грузолюдские (ГЛ) только марки В, а также грузовые.
2.2. 13 . Конструкция, основные характеристики и диаметры канатов приведены в соответствующих стандартах на сортамент канатов; имеются стандарты - технические условия на канаты и на канатную проволоку.
Условное обозначение каната должно отвечать требованиям соответствующего сортаментного стандарта и включать: диаметр каната, назначение, марку, вид покрытия, направление свивки, сочетание направлений свивки, способ свивки, степень крутимости, маркировочную группу, номер стандарта на сортамент.
2.2. 14 . Стандартами - техническими условиями предусмотрена возможность предъявления потребителем некоторых дополнительных требований.
В процессе изготовления проволоки, пряди и канаты покрываются смазкой, в определенной степени способствующей антикоррозионной защите. Могут быть предъявлены требования по типу смазки, по поставке канатов со смазанной или с несмазанной наружной поверхностью.
Может быть регламентирован шаг свивки проволок в прядях и прядей в канате; шаг свивки численно характеризуется кратностью - отношением длины шага свивки проволоки (пряди) к диаметру пряди (каната).
Потребителем устанавливается и длина каната.
3. Выбор типов канатов и их параметров
3. 1. При выборе типов и параметров канатов в первую очередь необходимо учитывать требования эксплуатации сооружения; должны быть учтены также условия возведения и экономические требования.
3.2 . По условиям защиты от коррозии, в металлических конструкциях постоянных сооружений не следует применять канаты с проволокой диаметром менее 2,4 мм (в мостах - 2,6 мм), для менее ответственных сооружений, как исключение, не менее 2 мм; это ограничение не относится к проволокам заполнения и сердечника. Во всех случаях следует использовать канаты из проволоки максимально возможного диаметра.
3.3 . В конструкциях следует применять только канаты с проволокой, имеющей металлическое (цинковое или алюминиевое) покрытие; применение светлой (неоцинкованной) проволоки для металлических конструкций постоянных сооружений не допускается.
Выбор типа металлического покрытия по толщине (ОЖ, Ж или С) производится в зависимости от степени агрессивного воздействия по СНиП 2.03.11-85 «Защита строительных конструкций от коррозии», обязательное приложение II. При высокой степени агрессивности предусматривают дополнительную защиту канатов лакокрасочными покрытиями или полимерными пленками, которые, как правило, наносят на монтаже.
3.4 . В целях экономии металла следует использовать канаты максимальных по прочности маркировочных групп сортаментного стандарта, но не более 1764 МПа (180 кгс/мм 2 ), поскольку оцинкованная проволока высокой прочности при агрессивных воздействиях среды может проявлять склонность к хрупкому коррозионному разрушению под напряжением («водородная хрупкость»).
3.5 . Канаты из параллельных проволок отличаются высокой прочностью, продольной жесткостью (модуль упругости каната близок к модулю упругости проволоки). Ползучесть при эксплуатации практически отсутствует, поэтому нет необходимости в предварительной вытяжке. К недостаткам этих канатов можно отнести повышенную изгибную жесткость, осложняющую перевозку, монтаж и устройство перегибов в опорных узлах.
Из-за отсутствия в стране налаженного промышленного производства канаты из параллельных проволок могут быть рекомендованы лишь для особо ответственных сооружений с большим объемом потребления (свыше 5 00 - 1000 т), с получением по импорту или с изготовлением на месте монтажа.
3.6 . В остальных случаях в строительных конструкциях применяют круглые витые канаты грузовые (Г) одинарной (спиральные) и двойной свивки нормальной точности. Канаты тройной свивки из-за повышенной деформативности мало пригодны для использования в качестве несущих элементов.
Из-за неравномерного распределения усилий между проволоками и их взаимного проскальзывания, разрывное усилие витого каната в целом (определенное при испытаниях образцов каната на разрывной машине) ниже суммарного разрывного усилия проволок, составляющих канат; по той же причине модуль упругости каната значительно ниже модуля упругости материала проволок.
Величина этого снижения для спиральных канатов невелика (порядка 5 % - по прочности и 15 % - по жесткости). Поэтому спиральные канаты лучше отвечают условиям эксплуатации в строительных конструкциях. Необходимо учитывать, что диаметр спиральных оцинкованных канатов из круглых проволок, выпускаемых в стране, не превышает 18,5 мм.
3.7 . Закрытые спиральные ка наты обладают повышенной коррозионной стойкостью благодаря наличию фасонных проволок во внешних слоях и могут быть рекомендованы для широкого применения в строительных конструкциях, особенно при необходимости формирования элементов с большими расчетными усилиями (50 т и более) и при отсутствии промежуточных перегибов по длине каната. Необходимо учитывать, однако, повышенную по сравнению с многопрядными канатами сложность выполнения работ по устройству концевых закреплений и по монтажу. Вопросы поставки закрытых канатов из оцинкованной проволоки должны быть согласованы с изготовителем.
3.8 . Канаты двойной свивки для элементов постоянных сооружений следует применять только из круглых прядей с металлическим сердечником, поскольку наличие органического сердечника ведет к снижению продольной жесткости и коррозионной стойкости каната. Снижение разрывного усилия каната в целом по сравнению с суммарным разрывным усилием всех проволок достигает 15 - 20 %, а уменьшение модуля упругости каната по сравнению с модулем упругости проволок - 25 - 35 %.
3.9 . Предпочтительно использование канатов с линейным касанием проволок (ЛК) и их модификаций, в которых уменьшены контактные напряжения между проволоками и деформации ползучести по сравнению с канатами, имеющими точечное ( ТК) касание проволок.
3.10 . Нераскручивающиеся канаты (Н) удобнее при изготовлении канатных элементов и монтаже, чем раскручивающиеся. Некоторые специалисты отмечают снижение агрегатной прочности нераскручивающихся канатов по сравнению с раскручивающимися, однако это снижение не имеет практического значения, тем более, что имеются данные о повышенной выносливости нераскручивающихся канатов.
В случае применения раскручивающихся канатов необходимо предусматривать удлиненные обвязки мягкой проволокой по концам канатов у анкеров.
3. 11. Как правило, не имеют значения для канатов в строительных конструкциях направления свивки и их сочетания. В тех случаях, когда анкерные закрепления не могут воспринимать крутящие моменты, следует использовать канаты крестовой или комбинированной (К) свивки, малокрутящиеся (МК).
Элементы конструкций в виде пучков или групп канатов следует формировать из равного числа канатов правой и левой свивки.
3. 12 . Для элементов конструкций, воспринимающих вибрационные и динамические воздействия, а также для статически нагруженных элементов особо ответственных сооружений следует применять канаты марок ВК и В по механическим свойствам; в остальных случаях могут быть использованы канаты марки I.
3. 13 . Для повышения продольной жесткости и уменьшения деформаций ползучести следует предусматривать канаты с максимальными величинами кратности свивки, что должно быть согласовано с изготовителем. Некоторые технические условия на канаты, специально предназначенные для строительных конструкций, содержат прямые указания об изготовлении канатов с увеличенной кратностью свивки.
3. 14 . При эксплуатации сооружений в районах с низкими расчетными температурами (ниже минус 40°), либо в районах с высокими летними расчетными температурами следует предусматривать по согласованию с поставщиком применение, соответственно, морозостойких и тугоплавких канатных смазок.
3. 15 . Требования к канатам для оттяжек антенных сооружений и элементов антенных полотен регламентированы п. 16.3 СНиП II-23-81 «Стальные конструкции». При назначении групп покрытий необходимо учитывать новые обозначения групп покрытия - ОЖ вместо ЖС, Ж вместо СС. Требования к канатам для стальных конструкций мостов регламентированы п. 4.4 СНиП 2.06.03-84 «Мосты и трубы».
3. 16 . При выборе типов канатов необходимо учитывать экономические показатели, поскольку дополнительные требования связаны с приплатами к стоимости. Так, стоимость нераскручивающихся канатов по прейскуранту в ценах 1984 г. на 5 % выше раскручивающихся, канатов марки В - на 8 - 15 % выше, чем марки I, с оцинковкой по группам Ж и ОЖ - соответственно на 20 и 27 % выше, чем по группе С; стоимость грузолюдских канатов на 3 % выше стоимости грузовых канатов марки В.
При использовании в конструкциях небольших количеств канатов (до 15 - 20 т) необходимо учитывать возможность варьирования типов канатов по требованиям заказчика и изготовителя. Требования к канатам для особо ответственных сооружений при большом объеме применения должны быть предварительно согласованы с изготовителем.
3. 17 . В некоторых случаях целесообразна разработка специальных технических условий для канатов конкретных объектов с учетом специфических условий эксплуатации и строительства; такие технические условия были составлены, например, для канатов Останкинской телебашни, мостов через р. Амударью у Сазакино и Келифа, Шексну в Череповце, Южного моста через Днепр в Киеве и др. При этом могут быть предъявлены требования к канатам, выходящие за рамки указаний соответствующих стандартов.
3.18 . При составлении заказа на канаты следует учитывать возможность раскроя на элементы требуемой длины с запасом по 1 - 3 м на каждый конец элемента и 5 - 10 м на полную длину отрезка каната на каждом транспортном барабане. Необходимо учитывать ограничения длины каната на транспортном барабане, приведенные в соответствующих стандартах, а также приплаты за мерность, предусмотренные в прейскурантах.
3. 19. При изготовлении канатных элементов из вялых канатов обязательно выполнение предварител ьной вытяжки в соответствии с п.п. 4.43 и 4.44, а также испытаний готовых канатных элементов в соответствии с п. 4.122 СНиП 3.03.01-87 «Несущие и ограждающие конструкции».
4. Рекомендуемый сортамент стальных канатов для использования в металлических строительных конструкциях
В таблице 1 приведен перечень государственных стандартов и технических условий на стальные канаты и канатную проволоку, рекомендуемых для использования в металлических строительных конструкциях в соответствии с положениями раздела 3.
В таблице 2 дан сокращенный сортамент стальных канатов для мачтовых сооружений объектов связи.
В таблицах 3 ÷ 8 приведен сортамент стальных канатов, рекомендуемых для использования в строительных металлических конструкциях, таблицы 3 ÷ 5 - канаты двойной свивки, таблицы 6 ÷ 8 - закрытые несущие канаты.
Таблица 1
Стандарты и технические условия на стальные канаты, рекомендуемые для применения в металлических строительных конструкциях
ПРЕДИСЛОВИЕ
Блоки и барабаны для лебёдок, ГОСТы-ОСТы и размышления на тему
Дорогие друзья!
Многие пользователи лебёдок часто задаются вопросом "почему, чёрт побери, стальной трос служит так недолго и лохматится?"
Нормальный вроде бы внешне трос быстро превращается в ёжика с кучей торчащих по всей длине лопнувших проволочек. С таким тросом возможно работать только в очень толстых рукавицах, желательно с усиленными ладонями. А лучше вообще выбросить, от греха подальше…
После всего этого люди плюют на цену и бредут покупать синтетический (кевларовый, нейлоновый) трос.
Да, у него есть свои плюсы. Основной — это вес, и с ним всё понятно. А о втором мы сейчас и поговорим.
Как обычно и бывает, всё новое — это хорошо забытое старое. Ещё в далёком 1965 году в №5 журнала КиЯ (Катера и Яхты) была опубликована статья Д.А. Курбатова "Выбор стальных тросов для такелажа и устройств"
вот ССЫЛКА на её публикацию на сайте парапланеристов. Вот она же у меня на Я.Диске
Прежде, чем читать дальше, рекомендую с ней ознакомиться.
Вот ещё одна интересная СТАТЬЯ, касаемо прочности тросов для лебёдок 9000lbs. Соответственно, для лебёдок 12000lbs тросы будут прочности, соответствующей их макс. тяговым усилиям или чуть выше.
Теперь несколько цитат из статьи в журнале КиЯ:
"Важное значение имеет правильный выбор диаметра и профиля канавки (кипа) шкива, огибаемого тросом. При переходе троса через блок его проволоки, помимо растяжения от нагрузки, получают дополнительные напряжения от изгиба, от скручивания и от смятия между проволоками. Лопнувшие от усталости и износа проволоки всегда лежат в месте касания троса о блок."
"Принятые в промышленности и даже в судостроении нормы на диаметры шкивов часто оказываются неприемлемыми при проектировании оснастки парусной яхты, когда идет борьба за всемерное облегчение парусного вооружения.
Практика парусного спорта выработала следующие минимальные диаметры шкивов в зависимости от гибкости троса:"
"На практике иногда приходится принимать диаметр шкива даже несколько меньше критического, но в любом случае не рекомендуется делать шкив менее 12 dтр (по возможности следует принимать его диаметр равным 16 dтр и более). Такие же диаметры должны приниматься для барабанов лебедок"
"Проводившиеся опыты показали, что срок службы троса пропорционален отношению квадратов диаметров огибаемых блоков."
"При уменьшении диаметра шкива в два раза (с 16 до 8 dтр) выносливость троса падает в 10-12 раз. При переходе с плоского шкива к кипу нормального профиля, выносливость троса увеличивается в 4-5 раз."
Например фирменный блок ARB и его китайская копия redBTR. Остальные либо точно такие же (т.е. производители не утруждали себя какими бы то ни было расчётами и испытаниями, а просто взяли за основу австралов), либо соревнуются "у кого блок меньше и дешевле", т.к. 90% себестоимости блока с плоскими щёками составляет именно качественный ролик/блок и его подшипник с осью. Почему именно так? Да потому, что качественный ролик, выполненный по стандарту (а не просто выточенный из сыромятины), кроме полированной канавки имеет ещё и термообработку и цементацию поверхности трения. Это даёт существенное снижение трения с тросом, соответственно и снижение нагрузки.
По данным статьи, рекомендуемые диаметры шкивов и барабанов лебёдок должны быть 16 dтр. Критический диаметр 14 dтр.
"Только в отдельных случаях, когда трос не несет большой нагрузки и практически неподвижен на блоке, можно принимать шкивы диаметром 6/10 dтр"
А теперь посчитаем рекомендуемые диаметры барабанов и роликов для тросов 9 / 13мм:
при 12 dтр получаем — 108 / 156мм
при 14 dтр получаем — 126 / 182мм
при 16 dтр получаем — 144 / 208мм
Итого, если уж мы не можем изменить диаметры барабанов лебёдок, то для существенного повышения срока службы стальных тросов можно использовать следующее:
— тросы с как можно более тонкими проволоками, и из как можно более качественной стали
— блок усиления, для уменьшения нагрузки на барабан лебёдки (он и так довольно тонкий и сильно изгибает волокна троса, плюща и разрывая их, особенно на максимальных нагрузках)
— ролик в блоке усиления диаметром не менее 210мм, желательно термообработанный
— механизм укладки троса на барабан, например такой
Касательно диаметров барабанов для лебёдок. Встречал как-то лебёдку, чуть ли не для ГАЗ-66, возможно даже военного образца. Так вот, её барабан был выполнен в виде спиральной навивки канавки, в которую, начиная с точки его крепления, укладывался трос на первом витке при смотке. За счёт полукруглого профиля канавки, нагрузки на тело троса существенно снижались, по сравнению с простым плоским барабаном. А барабан там тоже был не сильно большого диаметра.
Так вот, а теперь касательно второго важного свойства синтетического троса. Он позволяет, под не шибко большими нагрузками, изгибать себя по немного меньшему радиусу, по сравнению со стальным тросом, не сильно теряя в свойствах. Но под большими нагрузками всё вышеописанное точно также применимо и к синтетическим тросам. Так что, если вы не хотите заморачиваться двумя размерами блоков для разных нагрузок, следует выбирать шкив наибольшего диаметра. Расчёты были приведены выше.
Причём для синтетического троса качество поверхности канавки шкива и её геометрия (ни в коем случае не плоская, а только радиусная и обязательно полированная) имеют гораздо большее значение, чем для стального троса.
Приятного вам лебяжения! или лебядения? в общем, вытягивания себя из засады, подобно барону Мюнхгаузену )))
Читайте также: