Различают три вида предельных состояний: – состояние по несущей способности (прочности, устойчивости и выносливости), при достижении которого конструкция теряет способность сопротивляться внешним воздействиям или в ней возникают такие остаточные изменения, при которых она перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; – состояние по развитию чрезмерных деформаций от статических или динамических нагрузок, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются обратимые деформации или колебания, вследствие чего конструкция перестает удовлетворять предъявляемым к ней эксплуатационным требованиям; – состояние по образованию и раскрытию трещин, при достижении которого в конструкции, сохраняющей прочность и устойчивость, появляются и раскрываются крупные трещины, что исключает возможность дальнейшей эксплуатации конструкции (например, вследствие потери водонепроницаемости в связи с опасностью коррозии из-за повреждения антикоррозийного покрытия и т. п.).

Расчет по методу предельных состояний дает возможность осуществлять дифференцированный подход к различным частям металлических конструкций и обеспечивать важнейший принцип конструирования — равнопрочность элементов и их соединений. При этом методе специфика работы конструкции учитывается введением понятий о предельных состояниях, ограничивающих или исключающих его нормальную эксплуатацию. В отличие от расчета по допускаемым напряжениям в расчете по предельным состояниям вместо одного коэффициента запаса принимается система трех расчетных коэффициентов: однородности, перегрузки и условий работы. При расчете конструкции по предельным состояниям вместо допускаемых напряжений принимают расчетные сопротивления, которые являются наименьшими возможными сопротивлениями материала, гарантируемыми весьма малой вероятностью появления меньших значений.
Расчет по вероятности безотказной работы учитывает случайный характер нагрузок и несущих способностей, а также длительность работы соответствующих элементов крана и наиболее полно — действительные процессы потери работоспособности деталей и узлов. Однако этот метод расчета требует наличия большого статистического материала, на основании которого устанавливаются расчетные зависимости, и не получил пока широкого распространения. Детали механизмов и элементы металлоконструкций рассчитывают при действии статических и динамических напряжений на прочность (статическую прочность), а при большом числе циклов изменения напряжений— на выносливость (усталостную прочность). Отдельные детали (например, валы), а также металлоконструкции рассчитывают на жесткость. При расчете валов определяют линейные и угловые перемещения (прогибы и углы поворота опорных сечений), величины которых оказывают значительное влияние на работоспособность зубчатых передач и подшипников.

При расчете металлоконструкций определяют статические прогибы и периоды колебаний крановых мостов, а также время затухания этих колебаний. Статический прогиб моста характеризует его статическую жесткость, а время затухания колебаний — динамическую.

Если при расчете деталей механизмов, испытывающих переменные по величине нагрузки,, принимать в качестве расчетной величины максимальную нагрузку и считать ее действующей постоянно,. то это вызовет неоправданное увеличение массы крана. Поэтому сов-ременные методы расчета деталей механизмов и металлических конструкций учитывают переменность действия нагрузок. Для этого при расчете на выносливость определяются эквивалентные нагрузки или эквивалентное число циклов нагружений.

Эквивалентной нагрузкой называется такая постоянная по величине нагрузка, которая по своему воздействию на рассматриваемую деталь (или элемент конструкции) в течение всего срока службы эквивалентна (равноценна) общему действию отдельных (различных по величине) нагрузок в течение времени их действия. В общем случае эквивалентные нагрузки определяют с помощью графиков загрузки механизма во времени, которые строятся с учетом действительных режимов работы механизмов.

Рис. 2.1. Графики загрузки механизмов

Достаточно точные графики загрузки механизмов могут быть построены лишь для кранов, совершающих определенные операции, в определенной последовательности и при определенной загрузке механизмов в разные периоды времени. Поэтому при расчете кранов общего назначения, предназначенных для работы в различных условиях эксплуатации, обычно принимают усредненные графики использования механизмов по грузоподъемности, построенные в результате обобщения опыта эксплуатации кранов и отражающие статистику наблюдений за работой подобных кранов.

На рис. 2.1 приведены типовые графики загрузки механизмов подъема (а), передвижения крана (б) и передвижения тележки (в). На графиках Qt и QH — соответственно переменная, действующая в течение времени tt, и номинальная нагрузки; р — общее время работы механизма в течение срока службы.
Расчет по эквивалентным нагрузкам представляет собой расчет на ограниченную долговечность, так как он основан на предположении, что перенапряжения, лежащие в зоне повреждаемости рассчитываемой детали, регулярно повторяются. В тех случаях, когда отсутствуют необходимые данные, эквивалентную нагрузку обычно определяют условно, путем умножения номинальной, наиболее часто действующей нагрузки на коэффициент приведения, значения которого устанавливают на основе данных практики, в зависимости от режима работы механизма.

При расчете деталей при переменных нагрузках допускаемые напряжения можно определять с помощью эквивалентного числа циклов. В этом случае за расчетную нагрузку обычно принимают максимальную рабочую (длительно действующую) нагрузку, а переменность нагрузки учитывают эквивалентным числом циклов, определяющим величину допускаемого напряжения.