Cálculo de soldaduras en ángulo del alma de vigas de puente grúa según EN 1993-6

Artículo técnico

Finalmente, el tema sobre el cálculo de soldaduras en vigas de puente grúa continúa con una contribución al cálculo de las soldaduras del alma, después de la soldadura del carril en el estado límite último y en el estado límite de fatiga. El programa debería considerar ambos estados, el estado límite último y el estado límite de servicio o de fatiga.

Estado límite último

Las cargas aplicadas causan ambas cargas horizontales y por rueda que se deben considerar en el cálculo. Una aplicación excéntrica de carga por rueda de las cargas por rueda verticales no se consideran en el cáclulo del estado límite de servicio, y po rlo tanto no se dan momentos torsores adicionales.

Figura 01 - Soldaduras en ángulo como soldadura en ángulo doble

A continuación, hay un conjunto de fórmulas para la tensión y para el cálculo  de diseño.

Tensiones debidas a la carga por rueda
$\begin{array}{l}\max\;{\mathrm\sigma}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;+\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\;\;\;\;\;\max\;{\mathrm\tau}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;+\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\\{\mathrm\tau}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;-\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\;\;\;\;\;\;\;{\mathrm\sigma}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;-\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\\{\mathrm\tau}_\parallel\;=\;\frac{{\mathrm V}_\mathrm{Ed}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm l}_\mathrm y\;\cdot\;2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w}\;\;\;\;\;{\mathrm\tau}_\parallel\;=\;\frac{{\mathrm V}_\mathrm{Ed}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm l}_\mathrm y\;\cdot\;2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w}\\{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}\;=\;\sqrt{{\mathrm\sigma}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\parallel²}\;\;\;\;\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}\;=\;\sqrt{{\mathrm\sigma}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\parallel²}\end{array}$

Cálculo de la soldadura
$\begin{array}{l}{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{{\mathrm\beta}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;\;\;\;\;\frac{{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}}{{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Rd}}}\;\leq\;1,00\\{\mathrm\sigma}_{\perp,\mathrm w,\mathrm{Rd}}\;=\;\frac{0,9\;\cdot\;{\mathrm f}_\mathrm u}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;\;\;\;\;\frac{{\mathrm\sigma}_{\perp,\mathrm w,\mathrm{Ed}}}{{\mathrm\sigma}_{\perp,\mathrm w,\mathrm{Rd}}}\;\leq\;1,00\end{array}$

Estado límite de fatiga

A diferencia del ELS, las tensiones resultantes de las cargas horizontales se omiten, y de esta forma sólo se tienen en cuenta las cargas por rueda verticales. Sin embargo, dependiendo de la clase de daño existente y del Anejo Nacional utilizado, se debe considerar la carga por rueda excéntrica de 1/4 del ancho de la cabeza del rail. Por lo tanto, se da un momento torsor adicional, que se debe transferir primero por la soldadura del carril, y después por el ala superior, el alma y finalmente las soldaduras del alma.

Figura 02 - Aplicación excéntrica de la carga por rueda en FLS

Las soldaduras de los carriles deben transferir el momento torsor casi completamente. Por otro lado, el efecto de la rigidez torsional en el ala superior se debe considerar para las soldaduras del alma, ya que esto tiene una influencia crucial en la flexión del alma y, por lo tanto, en la tensión de la soldadura.

Al determinar la constante de torsión del ala superior, [2] sólo asume el superior siempre que el carril no esté rígidamente fijado. Solo en ese caso, el momento de torsión se determina a partir del riel y la brida. En [5] se describe otro enfoque, donde se suman los componentes individuales de rigidez torsional del carril y el ala para que sea posible lograr una mayor rigidez del ala superior. Sin embargo, este enfoque no se proporciona en [2].

Para el cálculo de soldaduras en ángulo del alma, es necesario combinar dos componentes de tensión. Hay tensiones debidas a la carga por rueda central y tensiones debidas al momento torsor. El momento torsor completo MT se absorbe parcialmente por el ala superior, y por lo tanto el componente Malma debido a la flexión del alma permanece para el cálculo de soldadura.

Finalmente, se debe tener en cuenta que el procedimiento del cálculo y descripción sólo se aplica a las soldaduras en ángulo doble entre el ala superior y el alma. Si las soldaduras en el ala inferior y el alma se deben calcular como soldaduras en ángulo, los efectos de la carga por rueda son insignificantes debido a la longitud existente de las cargas por rueda aplicadas. En este caso, las componentes de tensión debido a la flexión o a la tensión de cortante así como el mínimo espesor son determinantes.

A continuación, hay un conjunto de fórmulas para la tensión y el cálculo de diseño.

Tensiones debidas a la carga por rueda central
${\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{cen},\mathrm{WELD}}\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}}{2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}$

Tensiones debidas a la carga por rueda excéntrica
$\begin{array}{l}{\mathrm M}_\mathrm T\;=\;{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;\cdot\;\frac{{\mathrm b}_\mathrm{Rail}}4\\\mathrm\beta\;=\;\frac{\mathrm\pi\;\cdot\;{\mathrm h}_\mathrm w}{\mathrm a}\\{\mathrm I}_{\mathrm T,\mathrm{chord}}\;=\;\frac{{\mathrm b}_\mathrm{cs}\;\cdot\;{\mathrm t}_\mathrm f³}3\\\mathrm\lambda\;=\;\sqrt{\frac{2,98\;\cdot\;{\mathrm t}_\mathrm w³}{\mathrm a\;\cdot\;{\mathrm I}_\mathrm T}\;\cdot\;\frac{\sin\;\mathrm h²\;(\mathrm\beta)}{\sin\;\mathrm h\;(2\;\cdot\;\mathrm\beta)\;-\;2\;\cdot\;\mathrm\beta}}\\{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{ecc}}\;=\;\frac6{{\mathrm t}_\mathrm w²}\;\cdot\;{\mathrm M}_\mathrm T\;\cdot\;\frac{\mathrm\lambda}2\;\cdot\;\tan\;\mathrm h\;\left(\frac{\mathrm\lambda\;\cdot\;\mathrm a}2\right)\\{\mathrm M}_\mathrm{web}\;=\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{ecc}}\;\cdot\;\frac{{\mathrm t}_\mathrm w²\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}6\\{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{ecc},\mathrm{WELD}}\;=\;\frac{{\mathrm M}_\mathrm{web}}{({\mathrm t}_\mathrm w\;+\;{\mathrm a}_\mathrm w)\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\end{array}$

Tensión resultante en la soldadura
${\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;=\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{cen},\mathrm{WELD}}\;+\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{ecc},\mathrm{WELD}}$

Cálculos
$\begin{array}{l}\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;\triangle{\mathrm\sigma}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{\triangle{\mathrm\sigma}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\\\frac{\displaystyle{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;\triangle{\mathrm\tau}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{\triangle{\mathrm\tau}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\end{array}$

Resumen

Los tres artículos técnicos sobre varias armaduras de las vigas de puente grúa explican este asunto en detalle. En la implementación práctica de casos individuales, se debe decidir si aplicar la rigidez torsional en el ala superior adicionalmente del componente individual del carril y del ala, o del ala en sí misma.

Referencias

[1]Seeßelberg, C. (2016). Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode (5th ed.). Berlin: Bauwerk
[2]Eurocódigo 3: Eurocódigo 3 - Proyecto de estructuras de acero - Parte 1-6: Vigas carril; EN 1993‑6: 2007 + AC: 2009
[3]Eurocódigo 1: Acciones sobre estructuras- Parte 3: Acciones inducidas por grúas y maquinaria; EN 1991‑3: 2006
[4]Eurocódigo 3: Proyecto de estructuras de acero. Parte 1‑9: Fatiga EN 1993‑1‑9: 2005 + AC: 2009
[5]Petersen, C. (2013). Stahlbau , (4ª ed.). Wiesbaden: Springer Vieweg.

Palabras clave

Puente grúa Soldaduras en ángulo con altura Soldadura

Enlaces

Contacte con nosotros

Contacte con Dlubal Software

¿Tiene preguntas o necesita asesoramiento?
Contacte con nosotros a través de nuestro servicio de asistencia gratuito por correo electrónico, chat o fórum, o encuentre varias soluciones sugeridas y consejos útiles en nuestra página de preguntas más frecuentes (FAQ).

+34 911 438 160

info@dlubal.com

Independiente Estructuras de acero
CRANEWAY 8.xx

Programa independiente

Cálculo de vigas carril para puentes grúa según EN 1993-6 y DIN 4132

Precio de la primera licencia
1.480,00 USD