Vérification de l’état limite de fatigue des soudures de rail de chemins de roulement conformément à EN 1993-6

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À partir de l’article technique traitant de la vérification de l’état limite ultime des soudures de rail, l’explication suivante faire référence au processus de vérification à la fatigue des soudures de rails. Cet article explique tout particulièrement les effets dus à la considération d’une charge de galet sur ¼ de la largeur de la semelle supérieure.

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Une vérification de la fatigue n'est généralement requise que pour les composants de la piste du pont roulant qui sont exposés aux changements de contrainte dus aux charges verticales des roues ( [2] , Chapitre 9.1 (3)). La note correspondante de la norme indique également que les changements de contrainte dus aux charges latérales sont généralement négligeables. Cependant, celles-ci doivent être prises en compte lors de la conception de connexions ou pour un grand nombre de forces récurrentes d'accélération et de freinage. Ainsi, seules des charges verticales s'exercent sur les roues, ce qui selon [3] , Chap. 2.12.1 (7) avec les facteurs dynamiques correspondants.

Facteurs dynamiques pour la modification des charges verticales des roues:
φ gras, 1 = (1 + φ 1 )/2
φ gras, 2 = (1 + φ 2 )/2

Contraintes dues à la charge de roue

Contrairement à la vérification à l'ELU, les contraintes dans la vérification de la fatigue se rapportent aux jambes d'angle de la soudure. Il est nécessaire de considérer les contraintes σ dues à la charge de la roue ainsi que les contraintes locales et globales de cisaillement dues à l'effort tranchant [4] , Chap. 5, § 6.

La considération de l'application excentrée de la charge de roue sur les ¼ de la largeur de la tête de rail à partir d'une classe de dommages de la grue de S3 ([2], Chapitre 9.3.3 (1) a pour particularité )). Ainsi, si la classe de dommage ≥ S3 de la grue est sur la piste, les contraintes locales dues aux charges de roue sur la semelle supérieure, y compris une partie des charges excentriques des roues, doivent être déterminées. [1] montre un modèle technique simple permettant de déterminer l'augmentation de la charge de roue.

Pour le calcul des contraintes de cisaillement, la contrainte de cisaillement locale selon [2], chap. 5.7.2 (1) avec 20% de la contrainte verticale due à la charge de roue. De plus, les contraintes de cisaillement globales provenant de la différence de force de cisaillement d'un croisement ∆V doivent en outre être appliquées.

Figure 01 - Calcul des contraintes dans la soudure

Tant pour le calcul des contraintes de charge des roues que pour la détermination des valeurs de section, la hauteur de rail usée peut être appliquée à 12,5% [2], chap. 5.6.2 (3). La longueur efficace de charge est calculée de manière analogue à la procédure pour la vérification à l'ELU.

Calculs à l'état limite de fatigue

La vérification en fatigue est réalisée avec les gammes de contraintes résultant de l'analyse structurale. Les écarts de contrainte des contraintes globales sont les suivants:
∆σ = σ max - σ min
∆τ = τ max - τ min

Pour les contraintes locales, les gammes de contraintes résultent pour les valeurs maximales correspondantes car les valeurs minimales sont 0.

Plage de contraintes équivalentes aux dommages

Cette opération consiste à transformer un collectif de contraintes à plusieurs niveaux en un collectif à un seul niveau avec les mêmes dommages et à déterminer la plage de contraintes équivalente résultante par rapport à 2 ∙ 10 6 cycles de contrainte.

Figure 02 - Spectre de contrainte à plusieurs niveaux

En utilisant les lignes de Wöhler standardisées (pente m = 3 pour les contraintes longitudinales et pente m = 5 pour les contraintes de cisaillement) et le nombre maximal de cycles de travail, en fonction de la classe d'endommagement de la grue selon [3], le tableau 2.11 donne les formules suivantes peut être dérivée.

Calcul des gammes de contraintes équivalentes:
$$\begin{array}{l}{\mathrm\sigma}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac1{2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δσ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}\\{\mathrm\tau}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac{\displaystyle1}{\displaystyle2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δτ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}\end{array}$$

Le graphique suivant est affiché à partir de la ligne Wöhler sélectionnée:

Figure 03 - Étendue de contraintes en équivalence de dommage dans la courbe S-N

Le calcul final peut maintenant être réalisé à l'aide du détail de calcul à déterminer, ici la soudure et le cas d'encoche associé (∆σ c et ∆τ c ). Les détails de construction sont affichés dans [4], Tab. 8.1 - 8.10, en particulier le tableau 8.10, qui fournit des informations détaillées sur la poutre de pont roulant.

Les facteurs partiels de sécurité dépendent des intervalles de contrôle prévus et résultent de [4], Tab. 3.1 et [2], NA/Tab. NA.3:
$$\begin{array}{l}\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δσ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δσ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\\\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δτ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δτ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\end{array}$$

Selon [4], chap. 5 (6) pour le calcul des soudures.

Bibliographie

[1]   Seeßelberg, C.: Passerelles: Calcul et calcul de structure selon l'Eurocode, 5. Édition Berlin : Bauwerk, 2016
[2]  Eurocode 3: Calcul des structures en acier - Partie 6: Passerelles EN 1993-6: 2007 + AC: 2009
[3]  Eurocode 1: Actions sur les structures - Partie 3: Actions dues aux grues et aux machines; EN 1991-3: 2006
[4] Eurocode 3: Calcul des structures en acier - Partie 1-9: Fatigue; EN 1993-1-9: 2005 + AC: 2009

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