Проектирование шейных швов крановых балок в соответствии с DIN EN 1993-6

Техническая статья

Серия статей о конструкции сварных швов крановой балки завершается этой статьей, в которой описывается конструкция угловых сварных швов, следуя предыдущим статьям о дизайне сварных швов рельсов крановых балок в предельном и предельном состоянии усталости . Рассматриваются как предельное состояние предела, так и состояние предела усталости.

Ultimate Limit State

Прилагаемые нагрузки вызывают как горизонтальные, так и вертикальные нагрузки на колеса, которые должны учитываться при проектировании. Приложение эксцентрической нагрузки на колесо от вертикальных нагрузок на колесо не учитывается при расчете в предельном предельном состоянии, и, следовательно, дополнительный крутящий момент не возникает.

Рисунок 01 - Сварные швы в виде двойного углового шва

Далее приведен набор формул для расчета напряжения и расчета.

Напряжения из-за нагрузки на колесо
$ \ 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} _ \ параллель \; = \; \ 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 \ тау} _ \ perp² \ + \; 3 \; \ CDOT \; {\ mathrm \ тау} _ \ parallel²} \ {конец массива} $

Weld Design
$ \ 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} $

Состояние предела усталости

В отличие от ULS, напряжения, возникающие из-за горизонтальных нагрузок, игнорируются, и, таким образом, вертикальные нагрузки на колеса учитываются только. Однако, в зависимости от существующего класса повреждения и используемого Национального приложения, нагрузка на эксцентриковое колесо должна составлять 1/4 ширины головки рельса. Таким образом, возникает дополнительный крутящий момент, который должен передаваться сначала швами рельса, а затем верхним фланцем, шейкой и, наконец, швами шва.

Рисунок 02 - Приложение нагрузки эксцентрикового колеса в FLS

Швы рельса должны передавать этот крутящий момент почти полностью. С другой стороны, влияние жесткости на кручение верхнего фланца следует учитывать для сварных швов на полотне, поскольку это имеет решающее значение для изгиба полотна и, следовательно, для напряжения в сварном шве.

При определении постоянной кручения верхнего фланца в [2] предполагается, что верхний фланец только при условии, что рельс не жестко закреплен. Только в этом случае крутящий момент определяется по рельсу и фланцу. Другой подход описан в [5] , где отдельные компоненты жесткости при кручении рельса и фланца суммируются, так что можно достичь более высокой жесткости верхнего фланца. Однако такой подход не предусмотрен в [2] .

Для проектирования угловых сварных швов необходимо объединить две составляющие напряжения. Существуют напряжения из-за центрической нагрузки на колесо и напряжения из-за крутящего момента. Полный крутящий момент M T частично поглощается верхним фланцем, и, таким образом, полотно компонента M из-за изгиба полотна остается для конструкции сварного шва.

Наконец, следует отметить, что эта процедура расчета и описание применимы только к двойным угловым сварным швам между верхним фланцем и стенкой. Если сварные швы на нижнем фланце и полотне также должны быть выполнены в виде угловых швов, влияние нагрузки на колесо пренебрежимо мало из-за существующей длины приложенных нагрузок на колесо. В этом случае определяющими являются компоненты напряжения из-за изгибающего или сдвигового напряжения, а также минимальные толщины.

Далее приведен набор формул для расчета напряжения и расчета.

Напряжения из-за центральной нагрузки на колесо
$ {\ 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}} $

Напряжения из-за эксцентричной нагрузки на колесо
$ \ 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 {шов}} \; = \; \ 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} $

Результирующий стресс в сварке
$ {\ 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}} $

Проекты
$ \ 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 \ гамма} _ \ mathrm {Mf}}} \; <\; 1,00 \ {конец массива} $

Резюме

Три технические статьи о различных сварных швах крановых балок подробно объясняют эту тему. При практической реализации в отдельных случаях следует решить, следует ли применять жесткость на кручение верхнего фланца в качестве дополнения отдельных компонентов рельса и фланца или фланца самостоятельно.

Ссылка

[1] Seeßelberg, C. (2016). Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode (5-е изд.). Берлин: Бауверк.
[2] Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Часть 6. Опорные конструкции крана ; EN 1993-6: 2007 + AC: 2009
[3] Еврокод 1: Действия над конструкциями. Часть 3. Действия, вызванные кранами и механизмами ; EN 1991-3: 2006
[4] Еврокод 3: Проектирование стальных конструкций. Часть 1-9: Усталость ; EN 1993-1-9: 2005 + AC: 2009
[5] Петерсен, C. (2013). Штальбау , (4-е изд.). Висбаден: Springer Vieweg.

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