Progettazione di saldature di raccordi a nastro di travi per gru secondo EN 1993-6

Articolo tecnico

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Alla fine dell'argomento relativo alla progettazione delle saldature sulle travi della pista segue ora - dopo gli articoli tecnici sulla giuntura delle saldature delle rotaie nello stato limite ultimo e lo stato limite di fatica - un articolo tecnico sulle saldature di raccordo a nastro. Vengono considerati sia lo stato limite ultimo sia lo stato limite di fatica.

stato limite ultimo

I carichi applicati causano carichi sulle ruote sia orizzontali che verticali che devono essere considerati nella progettazione. Un'applicazione eccentrica del carico della ruota dei carichi della ruota verticale non è considerata nella progettazione dello stato limite ultimo e quindi non si verifica alcun momento torsionale aggiuntivo.

Figura 01 - Saldature a nastro come saldatura a doppio raccordo

Di seguito, c'è una serie di formule per il calcolo della sollecitazione e del progetto.

Sollecitazioni dovute al carico delle ruote
$\begin{array}{l}\max\;{\mathrm\sigma}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;+\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\;\;\;\;\;\max\;{\mathrm\tau}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;+\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\\{\mathrm\tau}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;-\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\;\;\;\;\;\;\;{\mathrm\sigma}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;-\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\\{\mathrm\tau}_\parallel\;=\;\frac{{\mathrm V}_\mathrm{Ed}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm l}_\mathrm y\;\cdot\;2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w}\;\;\;\;\;{\mathrm\tau}_\parallel\;=\;\frac{{\mathrm V}_\mathrm{Ed}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm l}_\mathrm y\;\cdot\;2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w}\\{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}\;=\;\sqrt{{\mathrm\sigma}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\parallel²}\;\;\;\;\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}\;=\;\sqrt{{\mathrm\sigma}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\parallel²}\end{array}$

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

Stato limite di fatica

A differenza dell'ULS, le tensioni risultanti dai carichi orizzontali sono trascurate e quindi i carichi delle ruote verticali sono presi in considerazione solo. Tuttavia, a seconda della classe di danno esistente e dell'allegato nazionale utilizzato, si deve considerare il carico eccentrico della ruota di 1/4 della larghezza della testa della rotaia. Pertanto, si verifica un ulteriore momento torsionale, che deve essere trasferito prima dalle saldature delle rotaie, quindi dalla flangia superiore, dal nastro e infine dalle saldature del nastro.

Figura 02 - Applicazione del carico eccentrico della ruota in FLS

Le saldature delle rotaie devono trasferire questo momento torsionale quasi interamente. D'altra parte, l'effetto della rigidezza torsionale della flangia superiore dovrebbe essere considerato per le saldature sul nastro in quanto ciò ha un'influenza cruciale sulla flessione del nastro e quindi sulla tensione nella saldatura.

Quando si determina la costante torsionale della flangia superiore, [2] assume la flangia superiore solo se la rotaia non è fissata rigidamente. Solo in questo caso, il momento torsionale viene determinato dalla rotaia e dalla flangia. Un altro approccio è descritto in [5] , dove i singoli componenti di rigidezza torsionale della rotaia e la flangia sono sommati in modo che sia possibile ottenere una maggiore rigidezza della flangia superiore. Tuttavia, questo approccio non è fornito in [2] .

Per la progettazione delle saldature del raccordo a nastro, è necessario combinare due componenti di sollecitazione. Vi sono le tensioni dovute al carico della ruota centrica e le tensioni dovute al momento torsionale. L'intero momento torsionale MT è parzialmente assorbito dalla flangia superiore, e quindi ilnastro del componente M dovuto alla flessione del nastro rimane per il progetto di saldatura.

Infine, si noti che questa procedura di calcolo e la descrizione si applicano solo alle saldature a doppio raccordo tra la flangia superiore e il nastro. Se le saldature sulla flangia inferiore e sul nastro devono anche essere progettate come saldature di raccordo, gli effetti del carico della ruota sono trascurabilmente piccoli a causa della lunghezza esistente dei carichi applicati della ruota. In questo caso, governano i componenti di sollecitazione dovuti a flessione o sollecitazione di taglio, nonché gli spessori minimi.

Di seguito, c'è una serie di formule per il calcolo della sollecitazione e del progetto.

Sollecitazioni dovute al carico della ruota centrica
${\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{cen},\mathrm{WELD}}\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}}{2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}$

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

Sforzo risultante nella saldatura
${\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;=\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{cen},\mathrm{WELD}}\;+\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{ecc},\mathrm{WELD}}$

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

Conclusione

I tre articoli tecnici sulle varie saldature delle travi delle gru spiegano questo argomento in dettaglio. Nell'implementazione pratica nei singoli casi, si dovrebbe decidere se applicare la rigidezza torsionale della flangia superiore come aggiunta dei singoli componenti della rotaia e della flangia, o della flangia da sola.

Riferimento

[1]  Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5th edizione. Berlino: Bauwerk, 2016
[2] Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio - Parte 6: Strutture portanti gru; EN 1993-6: 2007 + AC: 2009
[3] Eurocodice 1: Azioni sulle strutture - Parte 3: Azioni indotte da gru e macchinari; EN 1991-2013: 2006
[4] Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio - Parte 1-9: Affaticamento; EN 1993-1-9: 2005 + AC: 2009
[5] Petersen, C .: Stahlbau, 4 ° edizione. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Parole chiave

Pista della gru Saldature di filetti a nastro Saldatura

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