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

Účinky

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:
φ_fat,1 = (1 + φ₁) / 2
φ_fat,2 = (1 + φ₂) / 2

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).

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.

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.

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:
∆σ = σ_max - σ_min
∆τ = τ _max - τ_min

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.

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:

Podle zvolené křivky únavové pevnosti lze vytvořit následující grafické znázornění:

Ekvivalentní rozkmity napětí v rámci použité křivky únavové pevnosti

Na základě posuzovaného konstrukčního detailu, v tomto případě svaru, a s ním spojené kategorie detailu (∆σ_c a ∆τ_c) 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:

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