Charges horizontales de chemin de roulement dues à la marche en crabe de ponts roulants

Article technique

Il est souvent pertinent d'inclure la charge horizontale due à la marche en crabe dans le calcul des chemins de roulement à grande portée. Cet article explique d'où proviennent ces forces et les réglages adéquats dans CRANEWAY. Il traite également de la mise en œuvre de solutions et des principes théoriques associés.

Généralités

Il existe actuellement deux systèmes permettant le guidage latéral des roues d'un pont roulant. Des semelles sont utilisées dans le cas d'opérations mineures ou intermédiaires. Le guidage latéral s'opère alors en découpant la semelle de sorte à ce qu'elle soit adaptée au rail. Cette méthode est avantageuse car sa mise en œuvre est simple. Une roue de pont roulant avec semelle et le rail du chemin de roulement constituent en effet le seul équipement nécessaire au guidage latéral. Cette méthode a cependant tendance à user la roue et le rail. La Figure 01 montre une roue avec semelle sur un rail KS.

Figure 01 - Guidage avec semelle

La seconde solution consiste à utiliser des rouleaux de guidage latéraux. Il n'est alors pas nécessaire d'équiper la roue du pont d'une semelle : elle peut se déplacer librement le long du rail sans provoquer de friction. Si des semelles sont néanmoins utilisées, elles servent uniquement de protection contre le déraillement. Ce sont les rouleaux latéraux qui empêchent la marche en crabe du pont. Ils jouent le rôle des roues ou se trouvent devant ou derrière les galets du pont. Cette solution permet de réduire considérablement les forces de guidage, car les rouleaux de guidage latéraux sont maintenus contre le rail par un ressort. L'usure des rouleaux de guidage latéraux et de la roue du pont roulant se trouve elle aussi significativement réduite. L'assemblage de ce type de guidage latéral requiert cependant un espace suffisant près du rail, ce qui implique des coûts d’acquisition plus élevés. La Figure 02 montre un guidage réalisé à l'aide de rouleaux latéraux et d'un rail KS.

Figure 02 - Rouleaux de guidage latéraux

Détermination des forces dues à la marche en crabe

Les écarts de dimension, l'usure et le jeu à l'intérieur du système de guidage latéral provoquent la marche en crabe du pont roulant. Un angle de glissement α se forme ici entre les galets du pont et le galet du chemin de roulement (voir la Figure 03).

Figure 03 - Angle de glissement α

Diverses conditions limites influencent l'amplitude des réactions horizontales dues à la marche en crabe. La position du guide et le système de châssis des roues du pont sont aussi importants que le type de guidage latéral. Les dimensions du pont, la position du centre de gravité et la somme de toutes les charges s'exerçant sur les roues influencent également la valeur des forces produites par la marche en crabe. La Figure 04 montre quatre variantes de calcul et les réactions horizontales résultantes, alignement inclus.

Figure 04 - Combinaison des forces dues à la marche en crabe pour différents systèmes de propulsion et de guidage

Les fabricants de ponts roulants indiquent toujours les forces de guidage latérales dans les fiches techniques de leurs appareils. Si le fabricant du pont n'est pas encore connu lors du calcul de la poutre, les forces de guidage latérales des ponts roulants peuvent être déterminées de manière simplifiée selon le chapitre 2.7.4 de la norme DIN EN 1991-3 [1].

Exemple et saisie dans CRANEWAY

La société ABUS Kransysteme a accepté de nous fournir la fiche technique d'un pont bipoutre (ZLK) présentant une capacité de charge de 10 t. Le pont est guidé dans une seule direction par des rouleaux de guidage latéraux. La Figure 05 montre les effets de charge selon DIN EN 1991-3 sous forme de tableau. Sous ce tableau se trouve une représentation schématique du pont vu du dessus avec les charges et leurs références indiquées par des flèches.

Figure 05 - Détail d'une fiche technique de pont roulant de la société ABUS Kransysteme

Il est essentiel d'appliquer les forces de guidage latérales (ainsi que d’autres efforts de masse latéraux) dans la bonne direction et sur la poutre adéquate afin de réaliser le dimensionnement à moindre coût. CRANEWAY vous permet de définir les charges d'une poutre avec des charges de roue maximales et des charges de roue minimales. Le sens de déplacement du pont, la référence de ses roues et la direction positive de la charge correspondante d'après les flèches de charge représentées sur le schéma doivent être pris en compte. La Figure 06 montre la force S due à la marche en crabe et les forces horizontales associées HS selon l'axe de pont considéré.

Figure 06 - Charges horizontales dues à la marche en crabe et définition dans CRANEWAY

Les valeurs indiquées sont déterminées comme suit :

Poutre avec R-min :
Sd = γQ ⋅ S = 1,35 ⋅ 12,80 = 17,28 kN
HS,min,2,d = γQ ⋅ HS,min,2 = 1,35 ⋅ 3,10 = 4,18 kN
HS,min,1,d = γQ ⋅ HS,min,1 = 1,35 ⋅ -0,20 = -0,27 kN

Poutre avec R-max :
HS,max,2,d = γQ ⋅ HS,max,2 = 1,35 ⋅ 10,50 = 14,17 kN
H S, max, 1, d = γ Q ⋅ H S, max, 1 = 1,35 ⋅ -0,60 = -0,81 kN

Résumé

La marche en crabe des chemins de roulement produit inévitablement certaines forces. Il est cependant possible de trouver des solutions économiques pour chaque application en choisissant le guidage latéral adéquat. Cela est néanmoins impossible si les forces de guidage latéral ne sont pas appliquées correctement. Cet article a pour but de faciliter les tâches réalisées avec CRANEWAY.

Mots-Clés

marche en crabe guidage latéral semelle de roue

Littérature

[1]   Eurocode 1: Actions on structures - Part 3: Actions induced by cranes and machinery; EN 1991‑3:2010‑12
[2]   Seeßelberg, C.: Kranbahnen - Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 4. Auflage. Berlin: Beuth, 2014

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