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21.11.2017

Vérification des soudures d’angle aux âmes des poutres support de chemins de roulement selon EN 1993-6

À la fin du sujet sur la vérification des soudures sur les poutres de roulement - après les articles techniques sur le cordon de soudure du rail à l'état limite ultime et à l'état limite de fatigue - nous consultons maintenant l'article technique sur les soudures d'angle de l'âme. Dabei sollen sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch der Grenzzustand der Ermüdung betrachtet werden.

État limite ultime

Les charges appliquées entraînent des charges de galets horizontales et verticales qui doivent être considérées dans le calcul. L'application d'une charge de roue excentrique des charges de roue verticales n'est pas considérée dans le calcul à l'état limite ultime et aucun moment de torsion supplémentaire n'apparaît donc.

Soudures d'âme sous forme de soudures d'angle doubles

Vous trouverez ci-dessous un ensemble de formules pour le calcul des contraintes et de vérification.

Contraintes dues à la charge de roue

\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}

Formule 1

Vérification de la soudure

\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}

Formule 2

État limite de fatigue

Contrairement à l'ELU, les contraintes résultant des charges horizontales sont négligées ; ainsi, seules les charges verticales des roues sont prises en compte. Cependant, en fonction de la classe d'endommagement existante et de l'Annexe Nationale utilisée, une charge excentrée de galets de 1/4 de la largeur du champignon du rail doit être considérée. Il se produit ainsi un moment de torsion supplémentaire qui doit d'abord être transféré par les soudures de rail, puis par la semelle supérieure, l'âme et enfin par les soudures d'âme.

Exzentrischer Radlastangriff im GZE

Les soudures de rail doivent transférer ce moment de torsion presque entièrement. D'autre part, l'effet de la rigidité en torsion de la semelle supérieure doit être considéré pour les soudures sur l'âme car cela a une influence cruciale sur la flexion de l'âme et donc sur la contrainte dans la soudure.

Lors de la détermination de la constante de torsion de la semelle supérieure, [2] ne considère que la semelle supérieure tant que le rail n'est pas fixé de manière rigide. Ce n'est que dans ce cas que le moment de torsion est déterminé à partir du rail et de la semelle. Une autre approche est décrite dans [5] , dans laquelle les composants individuels de rigidité en torsion du rail et de la semelle sont additionnés de sorte qu'il est possible d'obtenir une rigidité plus élevée de la semelle supérieure. Cependant, cette approche n'est pas fournie dans [2].

Il est nécessaire de combiner deux composantes de contrainte pour le calcul des soudures d'angle de l'âme. Il y a les contraintes dues à la charge centrée sur la roue et les contraintes dues au moment de torsion. Le moment de torsion total M_T est partiellement absorbé par la semelle supérieure ; ainsi, l'âme du composant M_due à la flexion de l'âme reste pour la vérification de la soudure.

Enfin, il convient de noter que cette procédure de calcul et cette description ne s'appliquent qu'aux soudures d'angle doubles entre la semelle supérieure et l'âme. Si les soudures de la semelle inférieure et de l'âme doivent également être calculées comme des soudures d'angle, les effets des charges de galets sont négligeables en raison de la longueur existante des charges de galets appliquées. Dans ce cas, les composantes des contraintes de flexion ou de cisaillement ainsi que les épaisseurs minimales sont déterminantes.

Vous trouverez ci-dessous un ensemble de formules pour le calcul des contraintes et de vérification.

Contraintes dues à la charge centrée de roue

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

Formule 3

Contraintes dues à la charge excentrique de la roue

\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}

Formule 4

Contrainte résultante dans la soudure

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

Formule 5

Résultats

\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}

Formule 6

Résumé

Les trois articles techniques consacrés aux différentes soudures des poutres de pont roulant expliquent ce sujet en détail. Lors de la mise en œuvre pratique dans des cas individuels, il convient en particulier de décider si la rigidité en torsion de la semelle supérieure en tant qu'addition des composants individuels du rail et de la semelle ou de la semelle seule doit être appliquée.

Liens

Logiciels pour le calcul statique et l'analyse de grues et ponts roulants

Références

Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5. édition. Berlin : Bauwerk, 2016
Eurocode 3 : calcul des structures en acier - Partie 6 : Kranbahnen; EN 1993-6:2007 + AC:2009
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 3: Einwirkungen infolge von Kranen und Maschinen; DIN EN 1991-3:2010-12
Eurocode 3 : calcul des structures en acier - Partie 1‑9: Ermüdung; EN 1993-1-9:2005 + AC:2009
Petersen, C.: Stahlbau, 4. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

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Articles de la base de connaissance

Dans CRANEWAY , l'action d'un rail considérée comme « statiquement efficace » ou « statiquement inefficace » est définie sous « Connexion rail-semelle » dans la boîte de dialogue « Détails ». Diese Einstellung steuert die Berechnung der Lasteinleitungslänge nach EN 1993-6, Tab. 5.1.

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Définition d'un joint de soudure non continu

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.

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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.

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Maximale vertikale Verformung Kranbahnträger mit starren Auflagern

Cet article décrit les différentes options pour déterminer les déformations admissibles d'un chemin de roulement. Il est nécessaire de définir clairement la méthode adéquate car ce sont des poutres à travées multiples et des appuis latéraux semi-rigides (contreventements en acier) qui sont utilisés dans la pratique.

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Fonctionnalités de produit

Analyse des contraintes des chemins de roulement et des soudures
Vérification des chemins de roulement et de la fatigue des soudures
Déformation,
Vérification du flambement des plaques pour l'insertion de la charge de grue
Analyse de stabilité au déversement selon l'analyse de second ordre pour le flambement par torsion (élément en 1D de FEA)

Pour la vérification selon l'Eurocode 3, les annexes nationales (AN) suivantes sont disponibles:

DIN EN 1993-6/NA:2010-12 (Allemagne)
NBN EN 1993-6/ANB:2011-03 (Belgique)
SFS EN 1993-6/NA:2010-03 (Finlande)
NF EN 1993-6/NA:2011-12 (France)
UNI EN 1993-6/NA:2011-02 (Italie)
LST EN 1993-6/NA:2010-12 (Lituanie)
NEN EN 1993-6/NB:2012-05 (Pays-Bas)
NS EN 1993-6/NA:2010-01 (Norvège)
SS EN 1993-6/NA:2011-04 (Suède)
CSN EN 1993-6/NA:2010-03 (République tchèque)
BS EN 1993-6/NA:2009-11 (Royaume-Uni)
CYS EN 1993-6/NA:2009-03 (Chypre)

De plus, vous pouvez créer des Annexes Nationales personnalisées avec les valeurs de votre choix.

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Tous les résultats sont organisés dans des fenêtres de résultats triées par sujet. Les valeurs de calcul sont illustrées dans le graphique de la section correspondante. Les détails de calcul couvrent toutes les valeurs intermédiaires.

Analyses générales des contraintes

CRANEWAY effectue l'analyse générale des contraintes d'une poutre de grue en calculant les contraintes existantes et en les comparant aux contraintes limites normales, limites de cisaillement et contraintes équivalentes limites. Les soudures sont également soumises à l'analyse générale de contrainte en ce qui concerne les contraintes de cisaillement parallèles et verticales et leur superposition.

Vérification à la fatigue

Les vérifications à la fatigue sont effectuées pour trois ponts roulants au maximum et sont basés sur le concept des contraintes nominales selon l'EN 1993-1-9. Une courbe de contrainte sur les passages de pont roulant est enregistrée pour chaque point de contrainte et évaluée selon la méthode Rainflow lors de la vérification à la fatigue selon DIN 4132.

Analyse du flambement

L'analyse de flambement considère l'introduction locale des charges de roue selon les normes EN 1993-6 ou DIN 18800-3.

Déformation,

L'analyse des déformations est effectuée séparément pour les directions verticale et horizontale. Les déplacements relatifs disponibles sont comparés aux valeurs admissibles. Vous avez la possibilité de définir les rapports de déformations admissibles individuellement dans les paramètres de calcul.

Analyse du déversement

L'analyse du déversement est effectuée selon l'analyse du second ordre pour le flambement par torsion, en considérant les imperfections. L'analyse générale des contraintes doit être réussie avec un facteur de charge critique supérieur à 1,00. CRANEWAY affiche ainsi le facteur de charge critique correspondant pour toutes les combinaisons de charges de l'analyse des contraintes.

Réactions d'appui

Le programme détermine toutes les forces d'appui à partir des charges caractéristiques, y compris les facteurs dynamiques.

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Lors du calcul, CRANEWAY crée des charges avec des écartements prédéfinis comme cas de charge pour le chemin de roulement. L'incrément de charge des grues en déplacement sur le chemin de grue peut être défini individuellement.

Pour chaque position de grue, CRANEWAY analyse toutes les combinaisons aux états limites respectifs (ultime, de fatigue, de déformation et des forces d'appui). De plus, les options de paramétrage sont complètes pour la spécification du calcul EF, comme par exemple la longueur des éléments finis ou les critères d'interruption.

CRANEWAY calcule les efforts internes du chemin de roulement pour un modèle structural imparfait selon l'analyse du second ordre pour le flambement par torsion.

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Les données de géométrie, de matériau, de section, d'action et d'imperfection sont entrées dans des fenêtres d'entrée clairement organisées :

Géométrie

Entrée des données rapide et pratique
Définition des conditions d'appui à partir des différents types d'appui (articulé, articulé mobile, rigide et défini par l'utilisateur, ainsi que latéral sur la semelle supérieure ou inférieure)
Spécification facultative du maintien de gauchissement
Disposition variable des raidisseurs d'appui rigides et déformables
Possibilité d'insérer des articulations

Sections de CRANEWAY

Sections en I laminées (I, IPE, IPEa, IPEo, IPEv, HE-B, HE-A, HE-AA, HL, HE-M, HE, HD, HP, IPB-S, IPE-SB, W, UB, UC et d'autres sections selon l'AISC, ARBED, British Steel, Gost, TU, JIS, YB, GB, etc.) peuvent être combinés avec un raidisseur de section sur la semelle supérieure (cornière ou les sections en U) et le rail (SA, SF) ou éclisse avec dimensions définies par l'utilisateur
Les sections en I asymétriques (type IU) peuvent également être combinées avec des raidisseurs sur la semelle supérieure ainsi qu'avec un rail ou une éclisse

Actions

Il est possible de considérer les actions de trois ponts roulants au maximum. Une grue standard peut simplement être sélectionnée dans la bibliothèque. Il est également possible d'entrer les données manuellement :

Nombre de ponts roulants et de galets (maximal de 20 essieux par pont roulant), espacement des centres, position des tampons
Classification en classes de dégâts avec facteurs dynamiques modifiables selon l'EN 1993-6, ainsi qu'en classes de levage et catégories d'exposition selon DIN 4132
Charges de roue verticales et horizontales dues au poids propre, à la charge de levage, aux forces de masse dues à l'entraînement et aux charges dues à la marche en crabe
Chargement axial dans la direction d'entraînement ainsi que les efforts des tampons avec les excentrements définis par l'utilisateur
Charges secondaires permanentes et variables avec des excentrements définis par l'utilisateur

Imperfections

La charge d'imperfection s'applique selon le premier mode de vibration propre - soit identiquement pour toutes les combinaisons de charges à calculer, soit individuellement pour chaque combinaison de charges, car les modes propres peuvent varier en fonction de la charge.
Des outils pratiques sont disponibles pour la mise à l'échelle des modes propres (détermination de l'inclinaison et de la contre-flèche).

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Foire aux Questions (FAQ)

Avec le logiciel CRANEWAY, est-il possible de connaître les déformations en rotation pour l'ELS de la poutre de roulement au droit des appuis pour une poutre isostatique dans le plan de l'âme ?

Où l'activation de la vérification à la fatigue est-elle accessible dans le programme CRANEWAY ?

Comment optimiser le temps de calcul dans CRANEWAY ?

Où puis-je trouver les forces d'appui calculées pour la poutre du chemin de roulement ? Sur la semelle inférieure de la poutre du chemin de roulement ou au centre de cisaillement de la section ?

Est-il possible d'ajuster manuellement les catégories de détail ou le cycle des contraintes des catégories de détails ?

Comment obtenir les efforts internes calculés dans CRANEWAY pour une position x spéciale?

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