7428x

001493

21.11.2017

Posouzení svarů plošných spojů jeřábových nosníků podle EN 1993-6

Po odborných článcích o svarech kolejnic v mezním stavu únosnosti a mezním stavu únavy následuje po odborných článcích o svarech kolejnic v mezním stavu únosnosti a mezním stavu únavy odborný článek o koutových svarech stojiny. Dabei sollen sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch der Grenzzustand der Ermüdung betrachtet werden.

Mezní stav únosnosti

Působící zatížení vyvolávají vodorovná i svislá kolová zatížení, která je třeba zohlednit při posouzení. Excentrické kolové zatížení se při posouzení mezního stavu únosnosti neuvažuje, a nevzniká tak žádný další krouticí moment.

Web Welds jako dvojité koutové svary

V následujícím textu představíme sadu vzorců pro výpočet napětí a posouzení.

Napětí od kolového zatížení

\begin{array}{l} \max σ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \max τ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \\ τ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} - H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} σ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} - H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \\ τ_{∥} = \frac{V_{Ed} \cdot S_{y}}{l_{y} \cdot 2 \cdot a_{w}} τ_{∥} = \frac{V_{Ed} \cdot S_{y}}{l_{y} \cdot 2 \cdot a_{w}} \\ σ_{v, w, Ed} = \sqrt{σ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{∥} ²} σ_{v, w, Ed} = \sqrt{σ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{∥} ²} \end{array}

Vzorec 1

Posouzení svaru

\begin{array}{l} σ_{v, w, Rd} = \frac{f_{u}}{β_{w} \cdot γ_{M 2}} \frac{σ_{v, w, Ed}}{σ_{v, w, Rd}} \leq 1, 00 \\ σ_{⊥, w, Rd} = \frac{0, 9 \cdot f_{u}}{γ_{M 2}} \frac{σ_{⊥, w, Ed}}{σ_{⊥, w, Rd}} \leq 1, 00 \end{array}

Vzorec 2

Mezní stav únavy

Na rozdíl od MSÚ jsou napětí od vodorovných zatížení zanedbána; Přitom se zohledňují pouze svislá kolová zatížení. V závislosti na použité třídě poškození a použité Národní příloze je ovšem třeba zohlednit excentrické kolové zatížení odpovídající 1/4 šířky hlavy kolejnice. Vzniká tak přídavný krouticí moment, který musí přenášet nejdříve svary kolejnic a následně horní pásnice, stojina a nakonec svary stojiny.

Exzentrischer Radlastangriff im GZE

Kolejové svary musí tento krouticí moment přenášet téměř celý. Na druhé straně je třeba u svarů na stojině zohlednit vliv torzní tuhosti horní pásnice, protože to má zásadní vliv na ohyb stojiny a tím i na napětí ve svaru.

Při stanovení torzní konstanty horní pásnice se uvažuje pouze horní pásnice [2] , pokud kolejnice není pevně uložena. Pouze v takovém případě se stanoví krouticí moment od kolejnice a pásnice. Další postup je popsán v [5] , kde se sčítají jednotlivé složky torzní tuhosti kolejnice a pásnice, aby bylo možné dosáhnout vyšší tuhosti horní pásnice. Tento přístup ovšem není v [2] stanoven.

Pro posouzení koutových svarů stojiny je třeba kombinovat dvě složky napětí. K dispozici jsou přitom napětí od centrického kolového zatížení a napětí od krouticího momentu. Plný krouticí moment M_T je částečně přenášen horní pásnicí; komponenta M_stojina v důsledku ohybu stojiny tak zůstává pro posouzení svaru.

Nakonec je třeba poznamenat, že tento postup výpočtu a popis se vztahuje pouze na dvojité koutové svary mezi horní pásnicí a stojinou. Pokud mají být svary na dolní pásnici a stojině také provedeny jako koutové svary, jsou účinky kolového zatížení vzhledem k existující délce působícího kolového zatížení zanedbatelně malé. V tomto případě jsou rozhodující složky napětí od ohybu nebo smykového napětí a také minimální tloušťky.

V následujícím textu představíme sadu vzorců pro výpočet napětí a posouzení.

Napětí od středového kolového zatížení

σ_{z, Ed, cen, WELD} = \frac{F_{z, Ed}}{2 \cdot a_{w} \cdot l_{eff}}

Vzorec 3

Napětí od excentrického kolového zatížení

\begin{array}{l} M_{T} = F_{z, Ed} \cdot \frac{b_{Rail}}{4} \\ β = \frac{π \cdot h_{w}}{a} \\ I_{T, chord} = \frac{b_{cs} \cdot t_{f} ³}{3} \\ λ = \sqrt{\frac{2, 98 \cdot t_{w} ³}{a \cdot I_{T}} \cdot \frac{\sin h ² (β)}{\sin h (2 \cdot β) - 2 \cdot β}} \\ σ_{z, Ed, ecc} = \frac{6}{t_{w} ²} \cdot M_{T} \cdot \frac{λ}{2} \cdot \tan h (\frac{λ \cdot a}{2}) \\ M_{web} = σ_{z, Ed, ecc} \cdot \frac{t_{w} ² \cdot l_{eff}}{6} \\ σ_{z, Ed, ecc, WELD} = \frac{M_{web}}{(t_{w} a_{w}) \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \end{array}

Vzorec 4

Výsledné napětí ve svaru

σ_{z, Ed} = σ_{z, Ed, cen, WELD} σ_{z, Ed, ecc, WELD}

Vzorec 5

Posouzení

\begin{array}{l} \frac{γ_{Ff} \cdot ∆ σ_{E, 2}}{\frac{∆ σ_{c}}{γ_{Mf}}} < 1, 00 \\ \frac{γ_{Ff} \cdot ∆ τ_{E, 2}}{\frac{∆ τ_{c}}{γ_{Mf}}} < 1, 00 \end{array}

Vzorec 6

Závěr

Tři odborné články o různých svarech nosníků jeřábů toto téma podrobně vysvětlují. Při praktickém použití v jednotlivých případech by se mělo zejména rozhodnout, zda se má uvažovat torzní tuhost horní pásnice jako součin jednotlivých komponent kolejnice a pásnice, nebo pouze pásnice.

Odkazy

Software pro statické výpočty a posouzení jeřábů a jeřábových drah

Reference

Seeßelberg, C.: Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5. vydání. Berlín: Bauwerk, 2016
Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí – Část 6: Jeřábové dráhy; ČSN EN 1993-6:2008
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 3: Einwirkungen infolge von Kranen und Maschinen; DIN EN 1991-3:2010-12
Eurokód 3: Navrhování ocelových konstrukcí - Část 1-9: Únava; ČSN EN 1993-1-9:2006-09
Petersen, C.: Stahlbau, 4. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

;