Berechnung, Bemessung und Dokumentation von Kranbrückenschienen mittels KRANBAHN

Bei der Anwendung von unterbrochenen Schweißnähten zwischen Schiene und Flansch ist darauf zu achten, dass die angesetzte Schweißnahtlänge nicht die Länge der starren Lasteinleitung der Radlast gemäß Gleichung 6.1 in [1] überschreitet.

In KRANBAHN 8 ist eine Bemessung von Hängekranen nach EN 1993-6 möglich. Für den Nachweis ist es nötig, die lokalen Biegespannungen im Unterflansch infolge Radlasten nach EN 1993-6, Kap. 5.8 zu ermitteln.

Im Beitrag werden die verschiedenen Optionen zur Ermittlung der zulässigen Verformung von Kranbahnträgern beschrieben. Da in der Praxis Mehrfeldträger und nachgiebige, seitliche Stützungen (Schlingerverband) Anwendung finden, soll hier Klarheit über die Auswahl des richtigen Verfahrens geschaffen werden.

Die Ausgabe aller Nachweise erfolgt in thematisch gegliederten Tabellen. Dabei wird stets eine Querschnittsgrafik angezeigt, die die aktuellen Tabellenwerte veranschaulicht. Bei den Bemessungsdetails werden auch alle Zwischenwerte ausgewiesen.

Allgemeiner Spannungsnachweis

Für den Kranbahnträger wird der allgemeine Spannungsnachweis mit Berechnung der vorhandenen Spannungen und einer Gegenüberstellung mit den Grenznormal-, Grenzschub- und Grenzvergleichsspannungen geführt. Für die Schweißnähte wird ebenfalls der allgemeine Spannungsnachweis geführt, der die parallelen und senkrechten Schubspannungen und deren Überlagerung umfasst.

Ermüdungs- bzw. Betriebsfestigkeitsnachweis

Der Ermüdungsnachweis wird für bis zu drei gleichzeitig wirkende Krane auf Grundlage des Nennspannungskonzepts nach EN 1993-1-9 geführt. Beim Betriebsfestigkeitsnachweis nach DIN 4132 wird der Spannungsverlauf der Kranüberfahrten für jeden Spannungspunkt aufgezeichnet und mit der Rain-Flow -Methode ausgewertet.

Beulnachweis

Der Beulnachweis erfolgt unter Berücksichtigung einer örtlichen Radlasteinleitung nach EN 1993-6 oder DIN 18800-3.

Verformungsnachweis

Der Verformungsnachweis wird getrennt für die vertikale und die horizontale Richtung geführt. Dabei werden die vorhandenen bezogenen Verschiebungen mit den zulässigen Werten verglichen. Die zulässigen Verformungsverhältnisse können benutzerdefiniert festgelegt werden.

Biegedrillknicknachweis

Der Nachweis gegen Biegedrillknicken erfolgt nach Biegetorsionstheorie II. Ordnung unter Ansatz von Imperfektionen. Dabei muss der allgemeine Spannungsnachweis erbracht werden, wobei der kritische Lastfaktor nicht kleiner als 1,00 sein darf. KRANBAHN weist daher für alle Lastkombinationen des Spannungsnachweises auch den zugehörigen kritischen Lastfaktor aus.

Auflagerkräfte

Das Programm ermittelt sämtliche Auflagerkräfte aus charakteristischen Lasten inkl. dynamischer Faktoren.

Während der Berechnung werden die Kranlasten in vordefinierten Abständen als Lastfall für die Kranbahn erzeugt. Die Schrittweite, mit der die Krane über die Kranbahn fahren, kann beeinflusst werden.

Für jede Kranstellung werden alle Kombinationen der jeweiligen Grenzzüstande (Tragfähigkeit, Ermüdung, Verformung und Lagerkräfte) berechnet. Darüber hinaus gibt es umfassende Einstellmöglichkeiten für die Steuerung der FEM-Berechnung wie z. B. Länge der finiten Elemente oder Abbruchkriterien.

Die Kranbahnträger-Schnittgrößen werden nach Biegetorsionstheorie II. Ordnung am imperfekten System berechnet.

Die Eingabe von Geometrie, Material, Querschnitten, Einwirkungen und Imperfektionen erfolgt in übersichtlich strukturierten Masken:

Geometrie

• Schnelle und komfortable Systemeingabe
• Definition der Lagerbedingungen anhand verschiedener Lagertypen (Gelenkig, Gelenkig verschieblich, Eingespannt, Benutzerdefiniert, Seitliche Halterung am Ober- oder Untergurt)
• Optionale Vorgabe einer Wölbbehinderung
• Variable Anordnung von starren und verformbaren Auflagersteifen
• Einfügen von Gelenken möglich

Kranbahnprofile

• I-förmige Walzprofile (I, IPE, IPEa, IPEo, IPEv, HE-B, HE-A, HE-AA, HL, HE-M, HE, HD, HP, IPB-S, IPB-SB, W, UB, UC, weitere Reihen nach AISC, ARBED, British Steel, Gost, TU, JIS, YB, GB usw.) kombinierbar mit Profilverstärkung des Obergurts (Winkel oder U-Profil) sowie mit Schiene (SA, SF) oder Lasche mit benutzerdefinierten Abmessungen
• Unsymmetrische I-Profile (Typ IU) ebenfalls kombinierbar mit Profilverstärkung des Obergurts sowie mit Schiene oder Lasche

Einwirkungen

Es lassen sich Einwirkungen aus bis zu drei gleichzeitig betriebenen Kranen erfassen. Im einfachsten Fall wählt man einen benutzerdefinerten Kran aus der Bibliothek. Die Eingaben können aber auch manuell erfolgen:

• Anzahl der Krane und Kranachsen (maximal 20 je Kran), Achsabstände, Lage der Kranpuffer
• Einordnung nach EN 1993-6 in Schadensklasse mit editierbaren dynamischen Beiwerten und nach DIN 4132 in Hubklasse und Beanspruchungsgruppe bzw. -klasse
• Vertikale und horizontale Radlasten aus Eigengewicht, Hublast, Massenkräfte aus Antrieb sowie Lasten aus Schräglauf
• Axiale Belastung in Fahrtrichtung sowie Pufferkräfte mit frei definierbaren Exzentrizitäten
• Ständige und veränderliche Zusatzlasten mit frei definierbaren Exzentrizitäten

Imperfektionen

• Der Imperfektionsansatz erfolgt in Anlehnung an die erste Eigenschwingungsform - wahlweise identisch für alle zu berechnenden Lastkombinationen oder individuell für jede Lastkombination, da sich die Eigenformen je nach Belastung auch ändern können.
• Zur Skalierung der Eigenformen stehen komfortable Werkzeuge zur Verfügung (Ermittlung von Stichmaßen für Vorverdrehung und Vorkrümmung).