7428x

001493

2017-11-21

Расчет швов вертикальной стенки подкрановых балок по норме EN 1993-6

В завершение тематики расчета сварных швов подкрановых балок, после технических статей о рельсовых сварных швах в предельном состоянии по несущей способности и предельном состоянии усталости ниже следует техническая статья о швах вертикальной стенки. При этом рассматривается как предельное состояние по несущей способности, так и предельное состояние усталости.

Предельное состояние по несущей способности

В результате приложенных нагружений возникают как горизонтальные, так и вертикальные колесные нагрузки, которые необходимо учитывать в расчете. В предельном состояния по несущей способности не учитывается внецентренное приложение вертикальных колесных нагрузок, и следовательно, не возникает дополнительного крутящего момента.

Швы стенки как двойные угловые швы

Далее мы приводим ряд формул для вычисления напряжений и выполнения расчета.

Напряжения от колесной нагрузки

\begin{array}{l} \max σ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \max τ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \\ τ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} - H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} σ_{⊥} = \frac{F_{z, Ed} - H_{Ed}}{2 \cdot \sqrt{2} \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \\ τ_{∥} = \frac{V_{Ed} \cdot S_{y}}{l_{y} \cdot 2 \cdot a_{w}} τ_{∥} = \frac{V_{Ed} \cdot S_{y}}{l_{y} \cdot 2 \cdot a_{w}} \\ σ_{v, w, Ed} = \sqrt{σ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{∥} ²} σ_{v, w, Ed} = \sqrt{σ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{⊥} ² 3 \cdot τ_{∥} ²} \end{array}

Формула 1

Расчет шва

\begin{array}{l} σ_{v, w, Rd} = \frac{f_{u}}{β_{w} \cdot γ_{M 2}} \frac{σ_{v, w, Ed}}{σ_{v, w, Rd}} \leq 1, 00 \\ σ_{⊥, w, Rd} = \frac{0, 9 \cdot f_{u}}{γ_{M 2}} \frac{σ_{⊥, w, Ed}}{σ_{⊥, w, Rd}} \leq 1, 00 \end{array}

Формула 2

Предельное состояние усталости

В отличие от предела по несущей способности, здесь не учитываются напряжения, возникающие от горизонтальных нагрузок; таким образом, учитываются только вертикальные колесные нагрузки. Тем не менее, в зависимости от существующего класса повреждения и используемого национального приложения, должна учитываться внецентренная колесная нагрузка, равная 1/4 ширины головки рельса. Таким образом, возникает дополнительный крутящий момент, который должен восприниматься сначала сварными швами рельса, затем верхней полкой, стенкой и, наконец, сварными швами стенки.

Exzentrischer Radlastangriff im GZE

Швы рельса должны передать этот крутящий момент почти полностью. С другой стороны, у сварных швов стенки необходимо учесть влияние крутильной жесткости верхней полки, поскольку она имеет решающее влияние на изгиб стенки и, следовательно, на напряжение в шве.

При определении момента инерции при кручении верхней полки в [2] в общем случае учитывается только верхняя полка, при условии, что рельс не обладает жесткостью на сдвиг. Только в этом случае крутящий момент определяется по рельсу и полке. Другой подход указан в [5], когда отдельные компоненты крутильной жесткости рельса и полки складываются для того, чтобы достичь более высокой жесткости верхней полки. Однако, данный подход не указан в источнике [2].

Для расчета швов вертикальной стенки необходимо объединить две составляющие напряжения. Это напряжения от центральной колесной нагрузки и напряжения от крутящего момента. Полный крутящий момент M_T частично воспринимается верхней полкой, таким образом, составляющая M_web из-за изгиба стенки остается в расчете сварного шва.

В заключение необходимо отметить, что данный порядок расчета и пояснения применимы только к двусторонним угловым швам между верхней полкой и стенкой. Если швы нижней полки и стенки также должны быть выполнены в форме угловых швов, то воздействие колесных нагрузок пренебрежимо мало из-за действующей длины приложения колесных нагрузок. В данном случае определяющими являются компоненты напряжения изгиба или сдвига, а также значения минимальной толщины.

Далее мы приводим ряд формул для вычисления напряжений и выполнения расчета.

Напряжения центральной колесной нагрузки

σ_{z, Ed, cen, WELD} = \frac{F_{z, Ed}}{2 \cdot a_{w} \cdot l_{eff}}

Формула 3

Напряжения внецентренной колесной нагрузки

\begin{array}{l} M_{T} = F_{z, Ed} \cdot \frac{b_{Rail}}{4} \\ β = \frac{π \cdot h_{w}}{a} \\ I_{T, chord} = \frac{b_{cs} \cdot t_{f} ³}{3} \\ λ = \sqrt{\frac{2, 98 \cdot t_{w} ³}{a \cdot I_{T}} \cdot \frac{\sin h ² (β)}{\sin h (2 \cdot β) - 2 \cdot β}} \\ σ_{z, Ed, ecc} = \frac{6}{t_{w} ²} \cdot M_{T} \cdot \frac{λ}{2} \cdot \tan h (\frac{λ \cdot a}{2}) \\ M_{web} = σ_{z, Ed, ecc} \cdot \frac{t_{w} ² \cdot l_{eff}}{6} \\ σ_{z, Ed, ecc, WELD} = \frac{M_{web}}{(t_{w} a_{w}) \cdot a_{w} \cdot l_{eff}} \end{array}

Формула 4

Результирующее напряжение в шве

σ_{z, Ed} = σ_{z, Ed, cen, WELD} σ_{z, Ed, ecc, WELD}

Формула 5

Результаты

\begin{array}{l} \frac{γ_{Ff} \cdot ∆ σ_{E, 2}}{\frac{∆ σ_{c}}{γ_{Mf}}} < 1, 00 \\ \frac{γ_{Ff} \cdot ∆ τ_{E, 2}}{\frac{∆ τ_{c}}{γ_{Mf}}} < 1, 00 \end{array}

Формула 6

Заключение

В трех технических статьях, посвященных различным сварным швам подкрановых балок, подробно поясняется данная тематика. В практическом применении, в отдельных случаях необходимо принять решение о применении крутильной жесткости верхней полки в качестве суммы отдельных компонентов рельса и полки или только полки балки.

Ссылки

Программы для расчёта кранов и подкрановых путей

Ссылки

Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5-е издание. Берлин: Bauwerk, 2016
Еврокод 3: Расчет стальных конструкций - Часть 6: Подкрановые пути; EN 1993-6:2007 + AC:2009
Eurocode 1: Einwirkungen auf Tragwerke - Teil 3: Einwirkungen infolge von Kranen und Maschinen; DIN EN 1991-3:2010-12
Еврокод 3: Расчет стальных конструкций - Часть 1-9: Усталость; EN 1993‑1‑9:2005 + AC:2009
Petersen, C.: Stahlbau, 4. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

;