При розрахунку кранових конструкцій та їх частин необхідно враховувати підвищену небезпеку праці, пов’язану з підйом та переміщенням вантажів. Тому виникла необхідність максимально повного аналізу напружено деформованого стану елементів таких конструкцій та більш точного визначення запасів міцності конструкціїз використанням чисельних методів за допомогою програмного комплексу Ansys.

В роботі об’єктом дослідження була кран-балка для під’йому вантажу вагою 5 т. Балка виготовлена з листового прокату. Матеріал –  сталь Ст.3сп5. Кран-балкою пересувається таль вагою 5,65 кН, з допомогою якої підіймається вантаж вагою до 50 кН. Балка має коробчасту будову і складається з верхньої полиці товщиною 12 мм; нижньої полиці товщиною 16 мм, та двох стінок товщиною по 6 мм. Пересування талі по кран-балці забезпечується за рахунок нижнього поясу, тобто основне навантаження сприймає нижній пояс кран-балки, по якому пересувається таль. Тому нижня полиця має більшу товщину. Для забезпечення стійкості стінок встановлюються поперечні мембрани по всій довжині балки на однаковій відстані у 797,5мм. Загальна довжина балки складає 10,5 м.

За нормами проектування та розрахунку таких конструкцій, передбаченими БНіП 11-23-81 (будівельні норми і правила), для введення в експлуатацію дана конструкція має бути випробувана з перевантаженням на 25% у порівнянні з проектною вагою вантажу, тобто випробувальний вантаж матиме вагу Q=50,0+12,50=62,5 кН. Тоді максимальне навантаження на балку складає (50,0+12,50)=68,15кН. Для подальших розрахунків були визначені геометричні характеристики перерізу балки, а саме момент опору в головній площині навантаження, який дорівнює 1,86·10^-6 м^3. Небезпечним є положення талі посередині довжини балки, оскільки при цьому в балці виникатиме максимальний згинальний момент в центральному перерізі. Тому в подальшому для аналізу напружено-деформованого стану був обраний саме цей переріз.

Після проведення розрахунків за БНіП11-23-81 були визначені максимальні нормальні напруження  при максимальному розрахованому прогині балки у 18 мм. Напруження при зсуві в бічних стінка дорівнюють 62,8 МПа. Еквівалентне напруження балки в небезпечному перерізі складають 95,09 МПа. Запас міцності балки дорівнює 2,8 (границя текучості для сталі ст3сп5  складає 269 МПа).

За розрахунками з використанням програмного комплексу Ansys були отримані такі дані: нормальні напруження становлять 88,9 МПа при максимальних переміщеннях балки 18 мм, а максимальні еквівалентні напруження дорівнюють 95,7МПа.

Порівнюючи результати розрахунків, отриманих з допомогою методу скінченних елементів у середовищі Ansys на повній моделі з результатами, отриманими за стандартним формулам БНіП11-23-81, бачимо, що розрахунок статичної міцності кран-балки методами опору матеріалів дає цілком задовільні результати. Тому можна зробити висновок, що оскільки розрахунки за стандартом БНіП11-23-81 не потребують значних зусиль, розрахунки на міцність і жорсткість кран-балки доцільно проводити саме методами опору матеріалів за стандартами СНіП11-23-81 для листових металевих конструкцій без залучення громіздких і часто вартісних розрахунків чисельними методами.