Posouzení svarů kolejnic nosníků jeřábových drah na únavu podle EN 1993-6

Odborný článek

Po našem předchozím příspěvku, ve kterém jsme se zabývali posouzením svarů kolejnic v mezním stavu únosnosti, se nyní budeme věnovat posouzení svarů kolejnic na únavu. Obzvlášť se pak podíváme na důsledky zohlednění excentrického působení kolového zatížení odpovídajícího ¼ šířky hlavy kolejnice.

Zatížení

Posouzení na únavu se obecně požaduje pouze pro ty části jeřábové dráhy, které jsou namáhány rozkmitem napětí od svislého zatížení jeřáby ([2], kap. 9.1 (3)). v příslušné poznámce v normě je dále uvedeno, že rozkmity napětí od vodorovných zatížení jeřáby jsou obyčejně zanedbatelné. Zohlednit by se měly ovšem při posouzení spojů a v případě často opakovaných zatížení zrychlením a brzděním. Uvažovat se tak budou pouze svislá kolová zatížení, která je třeba v souladu s [3], kap. 2.12.1 (7) upravit příslušnými dynamickými součiniteli.

Dynamické součinitele pro úpravu svislých kolových zatížení:

$$\begin{array}{l}{\mathrm\varphi}_{\mathrm{fat},1}\;=\;\frac{1\;+\;{\mathrm\varphi}_1}2\\{\mathrm\varphi}_{\mathrm{fat},2}\;=\;\frac{1\;+\;{\mathrm\varphi}_2}2\end{array}$$

Napětí od kolových zatížení

Na rozdíl od posouzení v mezním stavu únosnosti se napětí při posouzení na únavu vztahují k ramenům úhlu posuzovaného svaru. Uvažovat se mají napětí σ od kolového zatížení a také lokální a globální smyková napětí od posouvající síly ([4], kap. 5 (6)).

Obr. 01 - Napětí ve svaru při posouzení na únavu

Zvláštností posouzení svarů na únavu podle [2] je zohlednění excentrického působení kolového zatížení, které odpovídá ¼ šířky hlavy kolejnice, od kategorie spektra zatížení jeřábu S3 ([2], kap. 9.3.3 (1)). Pokud tedy jeřáb na jeřábové dráze vykazuje kategorii spektra zatížení ≥ S3, musí se vypočítat lokální napětí od kolových zatížení na horní pásnici včetně podílu z excentrického kolového zatížení. v [1] se uvádí jednoduchý model pro výpočet zvýšeného kolového zatížení.

Obr. 02 - Zvýšené kolové zatížení při excentrickém působení kolového zatížení

Pro výpočet smykových napětí se může lokální smykové napětí podle [2], kap. 5.7.2 (1) uvažovat jako 20 % svislého napětí od kolového zatížení. Dále je třeba uvažovat globální smyková napětí plynoucí z rozdílu v posouvající síle při přejezdu jeřábu ∆V.

Obr. 03 - Výpočet napětí ve svaru

Jak při výpočtu napětí od kolových zatížení tak při stanovení průřezových veličin lze uvažovat opotřebení kolejnice odpovídající 12,5 % její jmenovité výšky podle [2], kap. 5.6.2 (3). Účinná délka působiště zatížení se vypočítá obdobně jako při posouzení mezního stavu únosnosti.

Posouzení v mezním stavu únavy

Při posouzení na únavu se vychází z rozkmitů napětí určených při statickém výpočtu. Rozkmity napětí od globálního namáhání se vypočítají následovně:

$$\begin{array}{l}\mathrm{Δσ}\;=\;{\mathrm\sigma}_\max\;-\;{\mathrm\sigma}_\min\\\mathrm{Δτ}\;=\;{\mathrm\tau}_\max\;-\;{\mathrm\tau}_\min\end{array}$$

Pro lokální namáhání odpovídají rozkmity napětí maximálním hodnotám, minimální hodnoty jsou totiž rovny nule.

Ekvivalentní rozkmity napětí

Úkolem je převést víceúrovňové spektrum napětí na jednoúrovňové spektrum se stejným poškozením a vypočítat ekvivalentní rozkmity napětí vztažené na 2  106 cyklů.

Obr. 04 - Víceúrovňové spektrum napětí

Za použití normovaných křivek únavové pevnosti (stoupání m = 3 u podélných napětí a m = 5 u smykových napětí) a maximálního počtu pracovních cyklů v závislosti na kategorii spektra zatížení podle [3], tab. 2.11 lze odvodit následující rovnice.

Výpočet ekvivalentních rozkmitů napětí:

$${\mathrm\sigma}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac1{2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δσ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}$$ $${\mathrm\tau}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac{\displaystyle1}{\displaystyle2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δτ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}$$

Podle zvolené křivky únavové pevnosti lze vytvořit následující grafické znázornění:

Obr. 05 - Ekvivalentní rozkmity napětí v rámci použité křivky únavové pevnosti

Na základě posuzovaného konstrukčního detailu, v tomto případě svaru, a s ním spojenou kategorií detailu (∆σc a ∆τc) lze nyní provést závěrečné posouzení. Konstrukční detaily se uvádí ve [4], tab. 8.1 -  8.10, obzvlášť pak tabulka 8.10 obsahuje některé detaily nosníků jeřábové dráhy.

Dílčí součinitele spolehlivosti závisí na plánovaném intervalu kontrol a údržby a vyplývají ze [4], tab. 3.1 a případně německé přílohy k [2], tab. NA.3:

$$\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δσ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{\mathrm{Δσ}\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1.00$$ $$\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δτ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δτ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1.00$$

Interakce se podle [4], kap. 5 (6) u posouzení svarů neuvažuje.

Literatura

[1]   Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode. Bauwerk: Berlín, 2016
[2]   ČSN EN 1993-6:2008-09. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 6: Jeřábové dráhy. Český normalizační institut: Praha, 2008.
[3]   ČSN EN 1991-3:2008-01. Eurokód 1: Zatížení konstrukcí - Část 3: Zatížení od jeřábů a strojního vybavení. Český normalizační institut: Praha, 2008.
[4]   ČSN EN 1993-1-9:2006-09. Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-9: Únava. Český normalizační institut: Praha, 2006.

Odkazy

Kontakt

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte nás nebo využijte stránky s často kladenými dotazy.

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

Samostatné Ocelové konstrukce
CRANEWAY 8.xx

Samostatný program

Posouzení nosníků jeřábové dráhy

Cena za první licenci
1 480,00 USD