Obliczanie stanu granicznego nośności spoin w przypadku szyn mocowanych do belek podsuwnicowych, zgodnie z normą EN 1993-6

Artykuł o tematyce technicznej

Jeżeli do belek podsuwnicowych montowane są płaskie szyny stalowe, spoiny takich szyn są zawsze przedmiotem szczegółowej analizy. Jako mocowanie szyny, stosuje się często rozwiązanie w postaci ciągłej lub pachwinowej spoiny przerywanej. Poniższy artykuł stanowi ogólne przybliżenie algorytmów obliczeniowych dla wspomnianych przypadków oraz wskazuje na różnice między nimi, głównie w kontekście obliczeń wg normy EN 1993-6.

Możliwości kształtowania przerywanych spoin pachwinowych

Istnieją dwa warianty spawanych, pachwinowych połączeń przerywanych. Przedstawiono je na poniższym rysunku [2].

Rysunek 01 - Opcje rozmieszczenia

Odcinki spoin mogą zostać rozmieszczone zarówno po przeciwnych stronach, jak i naprzemiennie (z przesunięciem). Rozmieszczenie naprzemienne jest niekorzystne z uwagi na fakt, że tylko jedna spoina bierze udział w przenoszeniu obciążeń poziomych. Trzecią opcją wykonania połączenia, której nie ukazano na powyższym rysunku, jest również typowa, ciągła spoina pachwinowa, wykonana na całej długości szyny.

Rysunek 02 - Ciągła spoina

Efektywna szerokość strefy obciążenia

Określenie odpowiednich naprężeń w spoinie wymaga obliczenia efektywnej długości strefy obciążenia. Norma EN 1993-6 [3] wprowadza rozróżnienie na trzy rodzaje zamocowania (połączenia pomiędzy szyną a belką) i podaje odpowiadające im wzory do wyznaczenia wartości leff (Tabela 5.1).

Rysunek 03 - EN 1993-6, Tabela 5.1

W tym wypadku, leff odnosi się do dolnej powierzchni górnego pasa belki. Chcąc zwymiarować odpowiednią spoinę, decydujący staje się poziom górnej powierzchni pasa górnego. Stąd też wartość leff jest pomniejszone o podwójną grubość tf pasa.

Rysunek 04 - Efektywna szerokość strefy obciążenia

Obliczanie stanu granicznego nośności

Naprężenia w spoinie szyny są obliczane zgodnie z metodą kierunkową, określoną w normie [2]. W tym wypadku, naprężenia odnoszą się do powierzchni przekroju spoiny pachwinowej. Zgodnie z [2], (NA) punkt 4.5.2, dla spoiny muszą zostać zachowane minimalne grubości konstrukcyjne. Norma wymaga, aby minimalna grubość spoiny wynosiła co najmniej 3 mm, lub aby spełniony był poniższy warunek: a ≥ √max t – 0.5

Mimośrodowe obciążenie z koła na ¼ szerokości główki szyny nie zostaje uwzględnione w obliczeniach stanu granicznego nośności, zgodnie z [3].

Przypadek 1: Ciągła spoina szyny

Rysunek 05 - Naprężenia w stanie granicznym nośności

W przypadku przerywanych spoin pachwinowych szyn, konieczne jest sprawdzenie, czy długość spoiny lw jest mniejsza niż obliczona efektywna długość strefy obciążenia leff. Ogólnie rzecz biorąc, do obliczeń przyjmuje się minimalną z tych dwóch wartości.

Rysunek 06 - Spoina pachwinowa

Przypadek 2: Przerywana spoina szyny, rozmieszczona po przeciwnych stronach szyny

Rysunek 07 - Naprężenia w stanie granicznym nośności, w przerywanej spoinie szyny, rozmieszczonej po przeciwnych stronach szyny

Przypadek 3: Przerywana spoina szyny, rozmieszczona naprzemiennie (z przesunięciem)

Ponieważ w przypadku naprzemiennego rozmieszczenia spoin, obciążenie poziome jest przyłożone tylko do jednej spoiny, dla obciążenia HEd pomijany jest dzielnik 2.

Rysunek 08 - Naprężenia w stanie granicznym nośności, w przerywanej spoinie szyny, rozmieszczonej naprzemiennie (z przesunięciem)

Literatura

[1] Seeßelberg, C. (2016). Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode (5th ed.). Berlin: Bauwerk.
[2] Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-8: Projektowanie węzłów; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[3] Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 6: Konstrukcje wsporcza dźwignic; EN 1993-6:2007

Linki

Samodzielne Konstrukcje stalowe
CRANEWAY 8.xx

Program samodzielny

Wymiarowanie belek podsuwnicowych według EN 1993-6 i DIN 4132

Cena pierwszej licencji
1 480,00 USD