Расчет усталостных пределов Расчет рельсовых сваек башен кранов Согласно EN 1993-6

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст

На основе технической статьи о расчетном состоянии предельного состояния рельсовых швов , следующее объяснение относится к процессу усталостной конструкции рельсовых швов. В частности, в данной статье подробно описываются эффекты учета эксцентриситета колес на 1/4 от ширины направляющей.

Воздействия

Расчет на усталость требуется, как правило, только для компонентов взлетно-посадочной полосы крана, которые подвержены изменениям напряжений из-за вертикальных колесных нагрузок ( [2] , глава 9.1 (3)). В соответствующем примечании к стандарту также говорится, что изменения напряжений из-за боковых нагрузок обычно незначительны. Однако их следует учитывать при расчете соединений или при большом количестве повторяющихся ускорений и тормозных сил. Это приводит только к вертикальным нагрузкам на колеса, которые согласно [3] , гл. 2.12.1 (7) с соответствующими динамическими коэффициентами.

Динамические коэффициенты для изменения вертикальных нагрузок на колеса:
φ fat, 1 = (1 + φ 1 )/2
φ fat, 2 = (1 + φ 2 )/2

Напряжения из-за колесных нагрузок

В отличие от расчетного предельного состояния, напряжения в расчете на усталость относятся к угловым стержням сварного шва. Необходимо учитывать σ-напряжения, вызванные нагрузкой на колесо, а также локальные и общие касательные напряжения, вызванные поперечной силой [4] , гл. 5 (6).

Pисунок 01 - Weld Stresses in Fatigue Design

Особенностью расчета усталости сварных швов в соответствии с [2] является учет приложения эксцентрической нагрузки на колесо ¼ ширины головки рельса от класса повреждения крана S3 ([2], глава 9.3.3 (1 )). Таким образом, если кран имеет класс повреждения ≥ S3 на ВПП крана, необходимо определить локальные напряжения, вызванные нагрузками на колеса на верхнем фланце, включая часть эксцентрической нагрузки на колесо. В [1] приведена простая инженерная модель для определения повышенной нагрузки на колесо.

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

Для расчета касательных напряжений, локальное касательное напряжение по [2], гл. 5.7.2 (1) с 20% вертикального напряжения от нагрузки на колесо. Кроме того, необходимо применить глобальные касательные напряжения из разности поперечных сил пересечения ∆V.

Pисунок 03 - Stress Calculation in Weld

Как для расчета нагрузок на колесо, так и для определения значений сечений, высота изношенного рельса может быть применена на уровне 12,5% [2], гл. 5.6.2 (3). Эффективная длина приложения нагрузки рассчитывается аналогично процедуре расчета предельного состояния.

Расчет предельного состояния усталости

Расчет на усталость выполняется с учетом диапазонов напряжений, полученных в результате расчета конструкции. Диапазоны напряжений от общих напряжений получаются следующим образом:
Δσ = σ max - σ min
∆τ = τ max - τ min

Для локальных напряжений диапазоны напряжений приводят к соответствующим максимальным значениям, поскольку минимальные значения равны 0.

Диапазон эквивалентных напряжений повреждения

Задача состоит в том, чтобы преобразовать многоуровневый коллектив напряжений в одноуровневый коллектив с таким же повреждением и определить результирующий эквивалентный диапазон напряжений по отношению к 2 ∙ 10 6 циклам напряжений.

Pисунок 04 - Multi-Level Stress Spectrum

Используя стандартизированные линии Вёлера (наклон m = 3 для продольных напряжений и наклон m = 5 для напряжений сдвига) и максимальные числа рабочих циклов, в зависимости от класса повреждения крана согласно [3], Таблица 2.11, по следующим формулам можно получить.

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

Следующий график отображается на основе выбранной линии Wöhler:

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

Теперь, окончательный проект может быть выполнена с помощью конструкции подробно должны быть определены, в этом случае сварной шов, и связанный с ним паз случай (Δσ С и Δτ с). Детали конструкции приведены в [4], табл. 8.1 - 8.10, особенно в таблице 8.10, которая охватывает некоторые детали крановой балки.

Частичные коэффициенты безопасности зависят от запланированных интервалов контроля и являются результатом [4], табл. 3.1 и [2], NA/Tab. NA.3:
$$\begin{array}{l}\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δσ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δσ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\\\frac{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Ff}\;\cdot\;{\mathrm{Δτ}}_{\mathrm E,2}}{\displaystyle\frac{{\mathrm{Δτ}}_\mathrm c}{{\mathrm\gamma}_\mathrm{Mf}}}\;<\;1,00\end{array}$$

Согласно [4], гл. 5 (6) для расчета сварных швов.

Литература

[1] Seeßelberg, C.: Крановые пути: Проектирование и расчет конструкций по Еврокоду, 5. Издание. Berlin: Бауверк, 2016
[2] Еврокод 3: Расчет стальных конструкций. Часть 6. Крановые пути; EN 1993-6: 2007 + AC: 2009
[3]  Еврокод 1: Воздействия на конструкции. Часть 3. Действия от кранов и машин; EN 1991-3: 2006
[4] Еврокод 3: Расчет стальных конструкций. Часть 1-9: Усталость; EN 1993-1-9: 2005 + AC: 2009

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

Автономные Стальные конструкции
CRANEWAY 8.xx

Автономная программа

Расчет балок подкранового пути по EN 1993-6 и DIN 4132

Цена первой лицензии
1 480,00 USD