Dimensionamento do estado limite da fadiga das soldaduras sobre carris das pontes rolantes segundo a EN 1993-6

Artigo técnico

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Com base no artigo técnico sobre o dimensionamento do estado limite último das soldaduras de carris , a explicação que se segue refere-se ao processo de dimensionamento por fadiga das soldaduras de carris. Em particular, este artigo explica em detalhe os efeitos de considerar a carga da roda excêntrica de 1/4 da largura da cabeça do carril.

Ações

Geralmente, é necessária uma avaliação da fadiga para os componentes da estrutura de apoio de grua que estão sujeitas a variações de tensão das cargas verticais ( [2] , secção 9.1 (3)). A nota na norma que acompanha acompanha que as variações de tensão devido às cargas laterais do guindaste são geralmente insignificantes. No entanto, estas devem ser tidas em conta no caso de uma verificação de ligação ou um número mais elevado de várias ações de aceleração e travagem. Assim, resultam apenas cargas de roda verticais que devem ser alteradas pelos fatores dinâmicos correspondentes de acordo com [3] , secção 2.12.1 (7).

Fatores de impacto dinâmico para a modificação das cargas verticais das rodas:
φgordura, 1 = (1 + φ1 )/2
φgordura, 2 = (1 + φ2 )/2

Tensões devido a cargas de roda

Ao contrário do estado limite último, as tensões referem-se à perna de ângulo da soldadura no caso do dimensionamento à fadiga. É necessário considerar as tensões σ devido à carga da roda, bem como as tensões de corte locais e globais devido à força de corte em conformidade com [4] , secção 5 (6).

Figura 01 - Weld Stresses in Fatigue Design

De acordo com [2], o dimensionamento à fadiga das soldaduras deve considerar a carga de roda excêntrica de ¼ da largura da cabeça do carril a partir da classe de danos da grua de S3 em ([2], secção 9.3.3 (1)). Portanto, se a grua na pista de pouso tem a classe de danos ≥ S3, as tensões locais devido às cargas da roda têm de ser determinadas no banzo superior, incluindo o componente da carga excêntrica da roda. Em [1] é apresentado um modelo de engenharia simples para determinar a carga de roda aumentada.

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

Para o cálculo das tensões de corte, a tensão de corte local pode ser determinada utilizando 20% da tensão vertical devido à carga da roda, de acordo com [2], secção 5.7.2 (1). Além disso, as tensões de corte globais devido à diferença da força de corte de uma passagem de grua ∆V devem ser aplicadas.

Figura 03 - Stress Calculation in Weld

Tanto para o cálculo das tensões da carga das rodas como para a determinação das propriedades da secção, a altura do carril desgastada pode ser definida para 12,5% de acordo com [2], secção 5.6.2 (3). O comprimento da aplicação da carga efetiva é calculado da mesma forma que na verificação do estado limite último.

Verificação do estado limite de fadiga

O dimensionamento para a fadiga é realizado através do espectro da gama de tensões resultante da análise estrutural. As faixas de tensões resultam das tensões globais da seguinte forma:
∆σ = σmax - σmin
∆τ = τmáx - τmin

Para tensões locais, as faixas de tensões são os valores máximos correspondentes, uma vez que os valores mínimos são 0.

Intervalo de tensão equivalente de dano

A tarefa é converter um espectro de tensões de vários níveis num espectro de nível único com o mesmo dano e determinar a gama de tensões equivalentes aos danos resultantes relacionadas com 2 ⋅ 10 6 ciclos de tensão.

Figura 04 - Multi-Level Stress Spectrum

Utilizando as curvas S-N normalizadas (inclinação m = 3 para tensões longitudinais e inclinação m = 5 para tensões de corte) e os números máximos de ciclos de trabalho dependendo da classe de danos do guindaste de acordo com [3], tabela 2.11, as seguintes fórmulas pode ser derivado.

Cálculo da escala de tensões equivalente a um dano:
$$\begin{array}{l}{\mathrm\sigma}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac1{2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δσ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}\\{\mathrm\tau}_{\mathrm E,2}\;=\;\lbrack\frac{\displaystyle1}{\displaystyle2\;\cdot\;10^6}\;\cdot\;\mathrm\Sigma(\mathrm{Δτ}_\mathrm i^\mathrm m\;\cdot\;{\mathrm n}_\mathrm i)\rbrack^{1/\mathrm m}\end{array}$$

A representação gráfica utilizando a curva S ‑ N selecionada dá o seguinte diagrama:

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

Agora, utilizando os detalhes construtivos do dimensionamento, a soldadura e a categoria de entalhe relacionada (Δσc e Δτc ), pode ser realizado o dimensionamento final. Os detalhes construtivos são apresentados em [4], Tabela 8.1 - 8.10. Especialmente A tabela 8.10 inclui alguns detalhes da viga da grua.

Os fatores parciais dependem dos intervalos de inspeção planejados e resultam de [4], Tabela 3.1 e [2], NA/Tabela NA.3: NA.3:
$$\begin{array}{l}\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δσ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δσ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\\\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δτ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δτ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\end{array}$$

De acordo com [4], Seção 5 (6), a interação não é realizada para o dimensionamento da soldadura.

Referência

[1]  Seeßelberg, C .: Kranbahnen: Bemessung e Gestão de custos do Eurocódigo, 5. edição. Berlin: Bauwerk, 2016
[2] Eurocódigo 3: Dimensionamento de estruturas em aço - Parte 6: Estruturas de apoio de gruas; EN 1993‑6
[3] Eurocódigo 1: Ações em estruturas - Parte 3: Ações induzidas por gruas e máquinas; EN 1991‑3: 2006
[4] Eurocódigo 3: Dimensionamento de estruturas em aço - Parte 1‑9: Fadiga; EN 1993‑1‑9: 2005 + CC: 2009

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Dimensionamento de vigas de ponte rolante de acordo com EN 1993-6

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