Obliczenia wytrzymałości zmęczeniowej dźwigarów zgodnie z EN 1993-6

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator Podgląd oryginalnego tekstu

W oparciu o artykuł techniczny dotyczący obliczeń granicznych nośności spoin szynowych , poniższe objaśnienie odnosi się do procesu wymiarowania zmęczeniowego spoin szynowych. W artykule tym szczegółowo objaśniono wpływ mimośrodowego obciążenia kołowego na szerokość 1/4 szerokości łopatki.

Oddziaływania

Obliczenia zmęczeniowe są na ogół wymagane tylko w przypadku elementów toru podsuwnicowego, które są narażone na zmiany naprężeń w wyniku pionowych obciążeń kół ( [2] , rozdział 9.1 (3)). Odpowiednia uwaga normy stanowi również, że zmiany naprężeń wywołane obciążeniami bocznymi są zwykle nieznaczne. Należy je jednak uwzględnić przy projektowaniu połączeń lub przy dużej liczbie powtarzających się sił przyspieszenia i hamowania. Powoduje to tylko pionowe obciążenia kół, które zgodnie z [3] , rozdz. 2.12.1 (7) z odpowiednimi współczynnikami dynamicznymi.

Współczynniki dynamiczne do modyfikacji pionowych obciążeń kół:
φ tłuszczu, 1 = (1 + φ 1 )/2
φ tłuszczu, 2 = (1 + φ 2 )/2

Naprężenia wywołane obciążeniami kół

W przeciwieństwie do obliczeń stanu granicznego nośności, naprężenia w obliczeniach zmęczeniowych odnoszą się do kątowych odnóg spoiny. Należy uwzględnić naprężenia σ wynikające z obciążenia koła oraz lokalne i globalne naprężenia tnące wywołane siłą tnącą [4] , rozdz. 5 (6).

Rysunek 01 - Weld Stresses in Fatigue Design

Szczególną cechą przy projektowaniu zmęczeniowym spoin zgodnie z [2] jest uwzględnienie mimośrodowego przyłożenia obciążenia koła ¼ szerokości główki szyny od klasy uszkodzenia żurawia S3 ([2], rozdział 9.3.3 (1) )). Zatem, jeżeli żuraw ma klasę uszkodzenia ≥ S3 na torze suwnicy, należy określić lokalne naprężenia wywołane obciążeniami kół na górnym kołnierzu, włączając część obciążenia mimośrodowego. [1] pokazuje prosty model inżynierski do określania zwiększonego obciążenia koła.

Rysunek 02 - Increased Wheel Load in Case of Eccentric Wheel Load Application

W celu obliczenia naprężeń ścinających lokalne naprężenie ścinające zgodnie z [2], rozdz. 5.7.2 (1) przy 20% naprężenia pionowego od obciążenia koła. Ponadto należy zastosować globalne naprężenia styczne wynikające z różnicy sił tnących w przecięciu ∆V.

Rysunek 03 - Stress Calculation in Weld

Zarówno w celu obliczenia naprężeń obciążenia koła, jak i w celu określenia wartości przekroju można zastosować wysokość zużytej szyny na poziomie 12,5% [2], rozdz. 5.6.2 (3). Efektywna długość przyłożenia obciążenia jest obliczana analogicznie jak w przypadku obliczania stanu granicznego nośności.

Obliczenia stanu granicznego zmęczenia

Obliczenia zmęczeniowe są wykonywane przy użyciu zakresów naprężeń wynikających z analizy konstrukcyjnej. Zakresy naprężeń od globalnych wyników naprężeń są następujące:
∆σ = σ max - σ min
∆τ = τ max - τ min

W przypadku naprężeń lokalnych zakresy naprężeń wynikają z odpowiednich wartości maksymalnych, ponieważ wartości minimalne wynoszą 0.

Zakres naprężeń równoważnych z uszkodzeniem

Zadanie polega na przekształceniu zbiorczego naprężenia wielopoziomowego w zbiorczy jednopoziomowy o takich samych uszkodzeniach i wyznaczeniu wynikowego równoważnego zakresu naprężeń w odniesieniu do 2 ∙ 10 6 cykli naprężeń.

Rysunek 04 - Multi-Level Stress Spectrum

Zastosowanie znormalizowanych linii Wöhlera (nachylenie m = 3 dla naprężeń podłużnych i nachylenie m = 5 dla naprężeń tnących) oraz maksymalnej liczby cykli roboczych, w zależności od klasy uszkodzeń żurawia zgodnie z [3], tabela 2.11, następujące wzory można wyprowadzić.

Obliczanie równoważnych zakresów naprężeń:
$$\begin{array}{l}{\mathrm\sigma}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac1{2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δσ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}\\{\mathrm\tau}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac{\displaystyle1}{\displaystyle2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δτ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}\end{array}$$

Na podstawie wybranej linii Wöhlera wyświetlana jest następująca grafika:

Rysunek 05 - Damage Equivalent Stress Range Within Used S-N Curve

Teraz ostateczny projekt można wykonać za pomocą detalu, który ma zostać określony, w tym przypadku spoiny i powiązanego przypadku wycięcia (∆σ c i ∆τ c ). Szczegóły konstrukcji pokazano w [4], tab. 8.1 - 8.10, zwłaszcza tabela 8.10, która zawiera niektóre szczegóły dotyczące dźwigara.

Częściowe współczynniki bezpieczeństwa zależą od planowanych okresów kontroli i wynikają z [4], tab. 3.1 i [2], NA/Tab. NA.3:
$$\begin{array}{l}\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δσ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δσ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\\\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δτ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δτ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\end{array}$$

Zgodnie z [4], rozdz. 5 (6) dla obliczeń spoin.

Literatura

[1] Seeßelberg, C .: Żurawie: Projektowanie i obliczenia konstrukcyjne zgodnie z Eurokodem, 5. Edycja. Berlin: Bauwerk, 2016
[2]  Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 6: Żurawie; EN 1993-6: 2007 + AC: 2009
[3]  Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje - Część 3: Oddziaływania wywołane przez dźwigi i maszyny; EN 1991-3: 2006
[4] Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych - Część 1-9: Zmęczenie; EN 1993-1-9: 2005 + AC: 2009

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

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