Безпечна експлуатація будівельних машин і механізмів  02.01.2015 04:27

 

 

1. ЗАГАЛЬНІ ВКАЗІВКИ

 

          Методичні вказівки до курсового проекту з дисципліни “Безпечна експлуатація будівельних машин і механізмів ” складені відповідно до робочої програми курсу “ Безпечна експлуатація будівельних машин і механізмів ”.

          Роботу над курсовим проектом починають з вивчення літератури про аналіз причин травматизму при роботі будівельних машин. Оформлення курсового проекту проводять на підставі діючих стандартів ЕСКД, ДСТУ 3008-95, ГОСТ 7.32-91 та інструкцій з оформлення текстових документів, креслень.

          Розрахунково-пояснювальну записку починають з титульного аркуша, далі йдуть завдання на виконання проекту і зміст записки. Закінчується записка списком використаної літератури.

          Текст повинен бути технічно й літературно грамотним, скорочення слів, крім загальноприйнятих, не допускають. Розрахунково-пояснювальна записка містить розрахункові, довідкові матеріали, таблиці, креслення, схеми, що пояснюють виконані розрахунки і операції технологічних процесів. Вона складається з окремих розділів відповідно до змісту курсового проекту.

          Загальне креслення, відповідно до розрахунків, виконують на аркуші формату А1 і додають до пояснювальної записки.

 

2. МЕТА І ЗАВДАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

 

          Монтаж будівельних конструкцій є одним із найскладніших цих процесів будівельно-монтажних робіт. Виконання вимог безпеки технологічних процесів дозволяє уникнути виробничого травматизму [1, 2, 5, 6].

          Мета курсового проекту – закріпити теоретичні знання студентів на практиці, вирішуючи конкретні питання з безпеки технологічних процесів при виборі такелажної оснастки, забезпеченні стійкості конструкцій. Вирішення цих питань на практиці неможливе без практичних навичок. Для цього потрібно, щоб студент самостійно міг користуватися науково-технічною літературою та довідниками; аналізувати небезпечні ситуації того чи іншого будівельно-монтажного процесу, самостійно вирішувати питання безпечних умов праці при будівельно-монтажних роботах.

 

3. ТЕМАТИКА, ЗМІСТ І ОБСЯГ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

 

          Нещасні випадки і особливо з тяжкими наслідками трапляються з робітниками, зайнятими на монтажі будівельних конструкцій, і займають одне з перших місць у будівництві в цілому. У зв’язку з цим для профілактики виробничого травматизму, пов’язаного з проведенням монтажних робіт, ставиться ряд завдань, виконання яких забезпечують у першу чергу удосконаленням технології монтажу будівельних конструкцій та монтажних засобів.

          Для проектування інженерних рішень з профілактики і зниження травматизму на монтажних майданчиках треба знати причини нещасних випадків і виробничі фактори, що сприяють виникненню небезпечних ситуацій.

          Значна кількість нещасних випадків при монтажі конструкцій трапляються через порушення у проекті виробництва робіт (ПВР) питань  добору та розрахунку такелажної оснастки (сталеві троси, такелажні скоби, крюки, вантажозахватні пристрої та ін.) [1, 2, 5, 6, 7].

          Основною умовою безпеки всього комплексу монтажних операцій є забезпечення стійкості монтажних елементів і конструкцій. Зміст курсового проекту повинен враховувати перелічені питання безпеки при роботі різних видів навантажувальних машин при будівельно-монтажних роботах. Працюючи над курсовим проектом, студент відповідно до завдання проектує технологічний процес монтажу, підтверджуючи його розрахунками.

          Згідно з тематикою курсовий проект має назву “Безпека виробничих процесів при монтажі будівельних конструкцій”.

 

4. ЗМІСТ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

 

          Курсовий проект складають з розрахунково-пояснювальної записки, де наводяться відповідні розрахунки; а також загального креслення (формат А1) відповідних рішень.

          Обсяг розрахунково-пояснювальної записки курсового проекту має становити 20-25 стор. рукописного тексту.

 

5. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ КУРСОВОГО ПРОЕКТУ

 

         На початку роботи над курсовим проектом студент обґрунтовує доцільність вимог нормативних документів щодо безпечного ведення монтажних робіт. Працюючи з матеріалами конспекту з дисципліни “ Безпечна експлуатація будівельних машин і механізмів ” та відповідною літературою, студент вивчає технологічні процеси монтажу будівельних конструкцій, аналізує небезпечні ситуації і виявляє причини травматизму.

         Особливу увагу при виконанні монтажних робіт приділяють правильному вибору такелажних засобів. Від цього залежить безпечність більшості технологічних процесів. У курсовому проекті студент відповідно до завдання розраховує на міцність такелажні засоби і обладнання. Розрахунок і конструювання елементів монтажної оснастки особливо необхідні, коли відсутні інвентарні засоби і пристрої або коли існуючі типи пристроїв не задовольняють безпечність підйому та установки будівельних конструкцій.

          Під час роботи студента у встановлений графіком навчального процесу термін проводиться процентування виконаної ним частини курсового проекту. Захист курсового проекту виконують не пізніше залікового тижня.

          Роботу над проектом ведуть поступово як на практичних заняттях з виконанням ЕОМ, так і самостійно, консультуючись із викладачем.

          Вихідні дані для виконання курсового проекту наведені окремо для кожного розрахункового розділу у вигляді 24 варіантів. Номер варіанта відповідає порядковому номеру студента  в списку групи.

 

 

          Рис. 1. - Структурно-логічна схема проекту.

 

6. ВИБІР І РОЗРАХУНОК ТАКЕЛАЖНИХ ЗАСОБІВ

 

6.1. Вихідні дані

          Підібрати параметри такелажних засобів для безпечного підйому в проектне положення ферми (рис. 1; табл. 1). Розрахунку підлягають:

-       канат стропу;

-       траверса;

-       такелажна скоба;

-       вантажозахватний крюк.

 

 

          Рис. 2. - До розрахунку такелажних засобів:

1 – крюк; 2 – такелажна скоба; 3 – траверса; 4 – стропи; 5 – ферма (Q – вага ферми; m – загальна кількість гілок стропа).

 

Таблиця 1

 

 

6.2. Вибір каната стропа [3, 4, 7]

          Правильний підбір конструкції канатів для визначення умов праці забезпечує їх тривалу й безпечну експлуатацію. На будівельно-монтажних роботах застосовують в основному сталеві дротяні канати. Їх використовують для оснастки вантажопідйомних машин усіх видів, як стропи, розчалки, відтяжки та ін.. При монтажу будівельних конструкцій і технологічного обладнання використовують гнучкі стропи [ГОСТ 3071-74].

          Щоб визначити технічні дані гнучких стропів, необхідно виконати розрахунок (рис. 2).

1) визначають зусилля (натяг) в одній гілці стропа:

 

S = Q/(m∙cosα) = k∙Q/m,

 

де     S -  розрахункове зусилля, задане до стропу, без урахування коефіцієнта перевантаження та дії динамічного ефекту, кН;

         Q - вага вантажу, що піднімається, кН;

         m - кількість гілок стропа;

         α - кут між напрямком дії розрахункового зусилля стропа;

         k - коефіцієнт, залежний від кута нахилу гілки стропа до вертикалі [4, 7];

2) визначають розривне зусилля в гілці стропа:

 

R = S∙к_з,

 

де      к_з - коефіцієнт запасу міцності стропа, що встановлюється залежно від типу стропа  [4, 7].

          За знайденим розривним зусиллям підбирають канат і визначають його технічні дані: тимчасовий опір розриву, якомога ближчий до розрахункового; його діаметр  [7, табл. III.I]

 

6.3. Визначення розрахункових параметрів траверси [4, 7]

          У будівельній практиці широко розповсюджені траверси, за допомогою яких здійснюють захват різноманітних вантажів. Застосування траверс дозволяє більш рівномірно розподілити навантаження в конструкції. Це наближає умови підйому до умов, близьких до проектного положення елемента.

           Траверси – це тверді важкозахватні пристрої, виготовлені зі суцільного перерізу у вигляді одиночних двотаврів, швелерів чи сталевих труб різноманітних розмірів, а також наскрізного перетину, що складаються із спарених двотаврів чи швелерів, з’єднаних сталевими пластинами, зміцнених елементами твердості  [4, 7, 8].

          Конструювання траверси проводять з урахуванням технології монтажу конструкції і починають з вибору розрахункової схеми. З вибраною розрахунковою схемою знаходять переріз необхідних елементів траверси і перевіряють її міцність.

          Розрахункова схема балочної траверси з безпосереднім кріпленням балки до крюка вантажопідйомного механізму наведена на рис. 2. Траверси такого типу працюють на згин.

          Розрахунок необхідних даних траверси, що працює на згин, виконують у такій послідовності:

1) підраховують навантаження, що діє на траверсу:

 

Р = Q∙к_п∙к_д,

 

де      Q – вага вантажу, який піднімають, кН;

          к_п = 1.1 – коефіцієнт перевантаження;

          к_д = 1,2 – коефіцієнт динамічності вантажу;

2)знаходять максимальний згинаючий момент у траверсі, кН∙см:

 

M_max = 0.5∙Р∙а,

 

де       а – плече траверси, см;

3) встановлюють необхідний момент опору поперечного перерізу траверси, см³:

W_н = M_max /(n∙R_виг∙γ),

 

де       n - коефіцієнт умов праці, [7, табл. III.9];

          R_виг - розрахунковий опір при згині у траверсі, Па;

          γ = 0,9 – коефіцієнт стійкості при згині.

4) визначають розрахункову схему перерізу траверси, задаючись суцільною чи наскрізною конструкцією балки [7, табл. III.2, III.3, III.4]

5) підбирають профіль з моментом опору:

 

W_х ≥ W_н

 

6) на підставі обраних параметрів траверси підраховують її загальну масу  (маса 1 м, кг наведена у [7, табл. III.3, III.4]).

 

 

6.4. Розрахунок такелажних скоб [ 7 ]

          Такелажні скоби  (рис. 3) використовують для з’єднання окремих ланцюгів різних вантажозахватних пристроїв; а також як самостійні захватні пристрої.

          Розрахунок такелажних скоб виконують у такій послідовності:

1) знаходять зусилля, що діє на скобу:

 

Р = S∙к_п∙к_д ,

 

де      S – навантаження, що діє на скобу (вага ферми і траверси);

         к_п = 1.1 – коефіцієнт перевантаження;

         к_д = 1,2 – коефіцієнт динамічності вантажу.

          За табл. III.8 [ 7 ] за зусиллям підбирають типорозмір такелажної скоби;

 

         

        

2) перевіряють гілку скоби визначеного типорозміру на міцність при розтягу:

 

Р /(2∙F_c) ≤ m∙R_p.

 

де      F_c – площа перерізу гілки скоби, см², визначають із розміру діаметра гілки скоби d_c за табл. III.8 [ 7 ];

         m - коефіцієнт умов праці, табл. III.9 [ 7 ];

         R_p - розрахунковий опір прокатної сталі [7, табл. III.10];

3) визначають згинаючий момент в штирі, Н∙см:

 

М = Р∙l/4,

 

де      l – довжина штиря між гілками скоби, табл. III.8 [ 7 ];

4)знаходять момент опору перерізу штиря, см³:

 

W= 0.1∙d_ш³;

 

5) перевіряють штир скоби на міцність при згині:

 

М / W≤ m∙R_в;

 

6) перевіряють штир скоби на зріз:

 

Р /(2∙F_ш) ≤ m∙R_зр ,

 

де     F_ш – площа перерізу штиря, см².

7) перевіряють отвори скоби на зминання:

 

Р /(2∙δ∙d_ш) ≤ m∙R_зм,

 

де      δ – товщина бобишки скоби для штиря, см; дорівнює діаметру гілки скоби.

         Коли результати розрахунків не задовольняють вимогам, вибирають більший типорозмір скоби і розрахунок повторюють.

 

6.5. Підбір і розрахунок крюків [ 4 ]

         Безпека підйому і тимчасового закріплення будівельних конструкцій і виробів значною мірою залежить від способів захвату і кріплення вантажу. Безумовно, одним із основних елементів монтажної оснастки є вантажозахватні крюки. Розрахунок і конструювання крюків особливо необхідні, коли відсутні інвентарні пристрої та обладнання, і коли існуючі типи пристроїв не забезпечують безпеку підйому та установку будівельних конструкцій.

         Крюки можна розподілити на два типи залежно від їх форми у криволінійній частині. Форма перерізу в криволінійній частині крюка може бути круглою і трапецієподібною (рис. 4)

 

          Рис. 4. - Розрахункова схема крюка при трапецієподібному перерізі в криволінійній його частині.

         

          Вантажні крюки для блоків і траверс перевіряють на розтяг у хвостовій частині та на спільну дію згину і розтягу в криволінійній частині (рис. 3).

1. 1.      Розрахункове навантаження у хвостовій частині при розтяганні визначають за формулою

,

 

де      Р- діюча вага на крюк (вага ферми і траверси), кН;

         F_н – площа перерізу крюка з урахуванням ослаблення його різьбою;

         m – коефіцієнт умов праці; табл. [7, III.9];

         R_роз – розрахунковий опір на розтягання сталі [7, табл. III.10]

1. 2.      Знаходять площу перерізу  хвостової частини крюка та його діаметр:

 

,

 

          Площа перерізу крюка нетто F_н, дорівнює F_н =0,72 F_бр, де F_бр - площа перерізу крюка без послаблення (брутто), см². Площа перерізу крюка залежить від його форми в криволінійній частині:

         - при трапецієподібному перерізі:

 

F_бр = (a + b)h/2, см²;

 

          - при круглому перерізі:

 

F_бр =(πd_бр²)/4, см².

 

          При конструюванні трапецієподібних крюків рекомендують прийняти

 

2а = b = h = l.

 

1. 3.      У криволінійній частині крюка в перерізі А-А (рис. 3) одночасно діють розтягуючі й згинальні зусилля.

          При згині перерізу h, меншим або рівним відстані l від центру крюка до центра ваги перерізу А-А (рис. 4), напруження від згину в цьому перерізі приблизно можна визначити за формулами:

          для крюків трапецієподібного перерізу:

 

, кПа,

 

          для крюків круглого перерізу:

 

, кПа,

 

де      W – момент опору, см³.

          Момент опору для трапецієподібного перерізу:

 

.

 

          Момент опору для круглого перерізу:

 

W_кр=0.1∙d³.

 

4.Розрахункове напруження в крюку повинно задовольняти рівнянню

 

σ = σ_р + σ_виг ≤ m∙R_роз + m∙R_виг.

 

7. ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ МОНТАЖНОЇ СТІЙКОСТІ БУДІВЕЛЬНИХ КОНСТРУКЦІЙ

 

7.1. Забезпечення монтажної стійкості ферми при її підйомі [7,7,10]

          У загальних випадках розрахунок конструкцій на монтажні умови виконують в такій послідовності:

-       складають розрахункову схему відповідно з умовами праці конструкції на стадії монтажу, що розглядають ;

-       визначають зусилля в елементах конструкції від монтажних навантажень;

-       знаходять розрахункові довжини і відповідно до умов праці гнучкість стиснутих елементів конструкції;

-       встановлюють міцність конструкції у монтажних умовах.

          При підйомі ферми строповку, як правило, здійснюють у двох точках. При цьому нижній пояс на відміну від експлуатаційних умов зазнає стиснення, а вільна довжина пояса площини ферми дорівнює половині прольоту ферми. Ці обставини можуть бути причиною втрати стійкості і аварійної деформації ферми. Міцність і стійкість металевих ферм при підйомі забезпечується, коли виконується умова

Q_кр/Q_ф ≥ к_з,

 

де:     Q_кр – критична маса ферми, тобто гранично допустима з умов збереження стійкості при прийнятому способі стропування і заданому коефіцієнті запасу к_з;

  Q_ф - фактична маса ферми.

          У курсовому проекті студенти самостійно приймає схему стропування ферми відповідно до її довжині (табл. 1). Конструкцію ферми вважаємо зварною з металевих кутків [8]. Кутки вибираємо нерівнополочні (рис. 5).

 

         

          Рис. 4. - Фрагменти вузлів металевої ферми.

а) – переріз елементу ферми з нерівнополочних кутків;

в) – вузол металевої ферми:

1 – листова фасонка;

2 – куток верхнього чи нижнього поясу ферми;

3 – куток розкосу;

4 – куток стояка.

                   Ферму приймаємо з паралельними чи слабко нахиленими (до 1:10) поясами. Конструкція верхнього і нижнього поясів однакова і виконується з двох зварених кутків. Залежно від довжини ферми висоту полки кутка В приймають від 100 до 200 мм [ 8 ]. Розкоси й стійки також виконуються з двох кутків, але менших розмірів.

          Критичну масу ферми визначають за формулою, запропонованою Лук’яновським К.І.:

 

,

де:    γ – коефіцієнт, що враховує відстань між місцями стропування,

         γ = 6/[20(1-c)-5(1-c)⁴-9];

         с= 2а/l (2а – довжина траверси; l - довжина ферми, рис. 1, табл. 1).

                  β –коефіцієнт, що враховує положення центру ваги ферми за висотою:

β =(2Q_н + Q_гр)/ Q_ф,

 

Тут Q_н, Q_гр, Q_ф – вагу нижнього пояса ферми, грат і ферми в цілому підраховують залежно від прийнятої конструкції ферми, типорозмірів прокатної куткової сталі [ 8 ];

         Е – модуль пружності сталі;

         h –висота ферми;

         ,  - моменти інерції нижнього й верхнього поясів відносно осі див. у [ 8 ].

                   Коефіцієнт запасу на стадії підйому ферми приймають рівним к_з = 1,7.

 

7.2. Розрахунок монтажної стійкості колон [ 6 ]

Особливу увагу слід приділяти стійкості розчалених колон. Через відсутність у ПВР розрахунків створюються аварійні ситуації, що спричиняють втрату стійкості колон, інших колон, інших конструкцій і травматизм з тяжкими наслідками.

Монтажну стійкість колон, закріплених розчалками, визначають у строго вертикальному положенні на дію повітряного навантаження. Для простоти розрахунку при цьому не враховують вплив тимчасового закріплення колон у фундаментах.

Рівняння стійкості колон має вигляд

 

к_з·М₀ < M_у + S·r,

 

де      к_з = 1,4 – коефіцієнт запасу;

         М₀ – перекидний момент від дії повітря;

         M_у – утримуючий момент, створений масою колони;

         S - зусилля в розчалці;

r - плече зусилля S.

Розрахункова схема стійкості колон наведена на рис. 6.

Рис. 6. - Розрахункова схема стійкості колон

 

        

         Перекидний момент з умов найбільш вигідного напряму дії повітря d площини однієї з розчалок:

 

М₀ = W₁(h₁/2) + W₂(h₁+h₂/2).

 

де      W₁ і W₂ – тиск повітря;

h₁ – висота дії повітряного навантаження;

h₂ – те саме від рівня більше 10 м над поверхнею ґрунту;

 

W₁ =q₀·c·d· h₁,

 

де      q₀=270 н/м² – розрахунковий повітряний тиск на висоті ≤ 10 м;

         с = 1,4 – аеродинамічний коефіцієнт;

         d – ширина вантажного майданчика, перпендикулярного до напряму повітря:

d = (a + b)∙cos45^o,

 

де      a, b – параметри колони:

W₂= q₂·c·d· h₂,

 

де      q₂ – розрахунковий повітряний тиск повітря на висоті більше 10 м (q₂= 1,35 q₀).

         Утримуючий момент від власної маси колони відносно місця перекидання О:

 

 

де      m_k - вага колони (штатну вагу залізобетону приймають 26000 Н/м³)

         Момент,  сприйнятий розчалкою:

 

М_р = S·r=к_з ·М₀- М_у.

 

         Зусилля, сприйняте розчалкою:

 

 

         Для сталевих канатів вводять коефіцієнт стійкості, к_с = 3 і за табл. III.1 [7] підбирають сталевий канат відповідного діаметру.

         Необхідні для виконання цього розділу курсового проекту вихідні дані подані в табл. 2.

 

 

 

 

 

Таблиця 2

№ п/п	Н, м	а, м	b, м	α, град	№ п/п	Н, м	а, м	b, м	α, град
1	12	0,4	0,4	45	13	12	0,4	0,3	45
2	15	0,5	0,5	40	14	15	0,5	0,4	60
3	18	0,6	0,6	40	15	18	0,6	0,5	55
4	21	0,7	0,7	45	16	21	0,7	0,7	50
5	24	0,8	0,5	30	17	24	0,8	0,6	45
6	27	1,0	0,8	35	18	27	0,9	0,7	40
7	27	0,8	0,8	45	19	27	0,9	0,6	30
8	24	0,7	0,6	50	20	24	0,9	0,5	35
9	21	0,6	0,5	55	21	21	0,8	0,6	40
10	18	0,5	0,4	60	22	18	0,6	0,5	45
11	15	0,5	0,5	50	23	15	0,5	0,5	50
12	12	0,5	0,4	45	24	12	0,6	0,4	60

 

8. ЗАГАЛЬНЕ КРЕСЛЕННЯ

 

У графічній частині курсового проекту подають необхідний ілюстративний матеріал щодо тексту розрахунків у розрахунково-пояснювальній записці. Креслення повинно мати штамп встановленого діючими стандартами зразка: з підписом студента, назвою  курсового проекту, найменуванням фігур креслень та ін. До конструктивних схем треба давати  цифрове розшифрування умовних позначень (які в  методичних вказівках мають вигляд літер): наприклад, величини l; Q; h; α щодо рис. 2 повинні мати цифрові позначення вихідних даних згідно з варіантом, що розраховують у курсовому проекті).

У графічній частині проекту обов‘язково повинні бути наведені в вигляді креслень:

-       принципова схема строповки конструкції (приклад див. [7, рис. ІІІ.1]);

-       схема влаштування стропів (приклад див. [7, рис. ІІІ.2])

-       схема розподілу зусиль у вантажнозахватному пристрої;

-       розрахункова схема траверси  (приклад див. [7, рис. ІІІ.5]);

-       схема такелажної скоби  (приклад див. [7, рис. ІІІ.9]);

-       розрахункова схема крюка;

-       фрагменти вузлів металевої ферми;

-       розрахункова схема стійкості колон.

 

 

 

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

 

         1.Орлов Г.Г. Охрана труда в строительстве. – М., 1984.

         2.Пчелинцев В.А. и др. Охрана труда в строительстве. – М., 1991.

         3.Русин В.И. и др. Охрана труда в строительстве. Инженерные решения – К., 1990.

         4.Золотницкий Н.Д. и др. Инженерные решения по технике безопасности в строительстве. – М., 1969.

         5.Золотницкий Н.Д., Пчелинцев В.А. Охрана труда в строительстве. – М., 1979.

         6.Бейтуганов М.Г., Орлов Г.Г. Охрана труда при монтаже металлических и сборных железобетонных конструкций. – М., 1987.

         7.Инженерные решения по охране труда в строительстве/ Под ред. Г.Г. Орлова. - М., 1985.

         8.Васильев А.А. Металлические конструкции. – М., 1976.

         9.СНиП III-4-80* Техника безопасности в строительстве.