Dimensionamento de soldaduras em barra de vigas de grua segundo a EN 1993-6

Artigo técnico

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No final do tópico sobre o dimensionamento de soldaduras nas vigas da pista, segue-se agora - após os artigos técnicos sobre a costura de soldadura do carril no estado limite último e no estado limite de fadiga - um artigo técnico sobre as soldaduras de canto. Tanto o estado limite último como o estado limite de fadiga são considerados.

estado limite último

As cargas aplicadas causam cargas de roda horizontais e verticais que devem ser consideradas no dimensionamento. Uma aplicação excêntrica da carga de roda vertical não é considerada na verificação do estado limite último e, portanto, não ocorre um momento de torção adicional.

Figura 01 - Soldaduras de alma como soldadura de filete dupla

A seguir, existe um conjunto de fórmulas para o cálculo de tensão e dimensionamento.

Tensões devido à carga da roda
$\begin{array}{l}\max\;{\mathrm\sigma}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;+\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\;\;\;\;\;\max\;{\mathrm\tau}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;+\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\\{\mathrm\tau}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;-\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\;\;\;\;\;\;\;{\mathrm\sigma}_\perp\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;-\;{\mathrm H}_\mathrm{Ed}}{2\;\cdot\;\sqrt2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}\\{\mathrm\tau}_\parallel\;=\;\frac{{\mathrm V}_\mathrm{Ed}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm l}_\mathrm y\;\cdot\;2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w}\;\;\;\;\;{\mathrm\tau}_\parallel\;=\;\frac{{\mathrm V}_\mathrm{Ed}\;\cdot\;{\mathrm S}_\mathrm y}{{\mathrm l}_\mathrm y\;\cdot\;2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w}\\{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}\;=\;\sqrt{{\mathrm\sigma}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\parallel²}\;\;\;\;\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm v,\mathrm w,\mathrm{Ed}}\;=\;\sqrt{{\mathrm\sigma}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\perp²\;+\;3\;\cdot\;{\mathrm\tau}_\parallel²}\end{array}$

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

Estado limite de fadiga

Ao contrário do ULS, as tensões resultantes das cargas horizontais são negligenciadas e, portanto, as cargas verticais da roda são apenas consideradas. No entanto, dependendo da classe de danos existente e do anexo nacional utilizado, a carga excêntrica da roda com 1/4 da largura da cabeça do carril deve ser considerada. Assim, ocorre um momento de torção adicional, o qual tem de ser transferido primeiro pelas soldaduras de carril e, em seguida, pelo banzo superior, pela alma e, finalmente, pelas soldaduras de alma.

Figura 02 - Aplicação de carga de roda excêntrica no FLS

As soldaduras no carril devem transferir quase totalmente este momento de torção. Por outro lado, o efeito da rigidez de torção do banzo superior deve ser considerado para as soldaduras na alma, uma vez que isso tem uma influência crucial na flexão da alma e, portanto, na tensão na soldadura.

Ao determinar a constante de torção do banzo superior, [2] assume apenas o banzo superior enquanto o carril não estiver rigidamente fixo. Apenas nesse caso, o momento de torção é determinado a partir do carril e do banzo. Outra abordagem é descrita em [5] , onde são adicionados os componentes de rigidez à torção individuais do carril e do banzo, por isso é possível obter uma maior rigidez ao banzo superior. No entanto, esta abordagem não é fornecida em [2] .

Para o dimensionamento das soldaduras de filete de alma, é necessário combinar dois componentes de tensão. Existem as tensões devido à carga central das rodas e as tensões devido ao momento de torção. O momento de torção completa MT é parcialmente absorvida pela flange de topo, e, assim, o componente Hteia devido à teia flexão restos para a concepção de solda.

Finalmente, deve ser observado que este procedimento de cálculo e descrição se aplicam apenas às soldaduras de filete duplo entre o banzo superior e a alma. Se as soldaduras no banzo inferior e a alma também tiverem de ser dimensionadas como soldaduras de filete, os efeitos da carga da roda são insignificativamente pequenos devido ao comprimento existente das cargas da roda aplicadas. Neste caso, os componentes de tensão devido à tensão de flexão ou corte, bem como as espessuras mínimas, são determinantes.

A seguir, existe um conjunto de fórmulas para o cálculo de tensão e dimensionamento.

Tensões devido a carga de roda cêntrica
${\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{cen},\mathrm{WELD}}\;=\;\frac{{\mathrm F}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}}{2\;\cdot\;{\mathrm a}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm l}_\mathrm{eff}}$

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

Tensão resultante na soldadura
${\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed}}\;=\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{cen},\mathrm{WELD}}\;+\;{\mathrm\sigma}_{\mathrm z,\mathrm{Ed},\mathrm{ecc},\mathrm{WELD}}$

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

Resumo

Os três artigos técnicos sobre as várias soldaduras das vigas de gruas explicam este tópico em detalhe. Na aplicação prática em casos individuais, deve ser decidido se deve aplicar a rigidez de torção do banzo superior como uma adição dos componentes individuais do carril e do banzo, ou o banzo por si próprio.

Referência

[1]  Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bem-estar e gestão consultiva do Eurocódigo, 5º edição. Berlin: Bauwerk, 2016
[2] Eurocódigo 3: Dimensionamento de estruturas em aço - Parte 6: Estruturas de apoio de gruas; EN 1993-6: 2007 + CA: 2009
[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
[5] Petersen, C .: Stahlbau, 4.º edição. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Palavras-chave

Pista de guindaste Soldadura de filete de alma Soldadura

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

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