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2017-11-21

按照EN 1993-6进行吊车梁腹板角焊缝设计。

在关于跑道梁焊缝设计的专题文章之后（在关于极限状态和疲劳极限状态下的钢轨焊缝的技术文章之后）是关于腹板角焊缝的技术文章。 Dabei sollen sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch der Grenzzustand der Ermüdung betrachtet werden.

承载能力极限状态

施加荷载时会产生水平和竖向轮荷载，在设计中必须加以考虑。在承载能力极限状态设计中没有考虑施加垂直轮荷载的偏心轮荷载，因此不会产生附加扭矩。

腹板焊缝作为双角焊缝

下面是应力和设计计算的公式。

轮荷载作用下的应力

\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}

公式 1

Weld design

\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}

公式 2

疲劳极限状态

与 ULS 不同，忽略水平荷载产生的应力。因此只考虑垂直方向的轮荷载。但是根据现有的损伤等级和使用的国家规范附录(NA)，必须考虑轨头宽度的1/4处的偏心轮荷载。因此会产生一个附加扭矩，该扭矩必须首先通过钢轨焊缝传递，然后通过上翼缘、腹板传递，最后通过腹板焊缝传递。

Exzentrischer Radlastangriff im GZE

钢轨焊缝必须几乎全部地传递该扭矩。另一方面，对于腹板上的焊缝来说，应该考虑上翼缘的抗扭刚度的影响，因为这对腹板的弯曲以及焊缝中的应力有至关重要的影响。

在计算上翼缘的抗扭常数时，只要钢轨不是刚性的， [2]只假设上翼缘。只有在这种情况下才由钢轨和翼缘确定扭矩。 [5]中介绍了另一种方法，即将钢轨和翼缘的抗扭刚度分量相加，这样可以实现上翼缘的更高刚度。但是， [2]中没有提供这种方法。

在腹板角焊缝的设计中需要组合两个应力分量。应力大小包括轮中心荷载作用和扭矩荷载作用下的应力。全部扭矩 M_T由上翼缘部分吸收；因此，由于腹板弯曲，M_腹板构件仍被保留用于焊缝设计。

最后，需要注意的是，该计算方法和说明仅适用于上翼缘和腹板上的双角焊缝。如果下翼缘和腹板上的焊缝也应设计为角焊缝，那么根据施加的轮荷载的现有长度，轮荷载作用很小，可以忽略。在这种情况下主要考虑由弯矩或剪应力产生的应力分量以及最小厚度。

下面是应力和设计计算的公式。

车轮中心荷载作用下的应力

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

公式 3

偏心轮荷载作用下的应力

\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}

公式 4

焊缝中产生的应力

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

公式 5

结果

\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}

公式 6

小结

三篇关于吊车梁不同焊缝的技术文章详细解释了这个话题。在实际应用中要特别考虑是将上翼缘的抗扭刚度作为钢轨和翼缘的各组成部分相加，还是只计算翼缘刚度。

链接

吊车与吊车梁结构设计和计算软件

参考

Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5. Auflage. Berlin: Bauwerk, 2016
EC 3.(2009)。欧洲规范 3： Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 6: Kranbahnen; 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
EC 3.(2009)。欧洲规范 3： Bemessung und Konstruktion von Stahlbauten - Teil 1-9: Ermüdung; EN 1993-1-9:2005 + AC:2009
Petersen, C.: Stahlbau, 4. Auflage. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

吊车跑道腹板角焊缝焊缝

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钢梁

知识库文章

Die Wirkung der Schiene als "statisch mittragend" oder "statisch nicht mittragend" wird in KRANBAHN über die Auswahlmöglichkeiten "Schiene-Flanschverbindung" in den Details festgelegt. Diese Einstellung steuert die Berechnung der Lasteinleitungslänge nach EN 1993-6, Tab. 5.1.

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Bei der Anwendung von unterbrochenen Schweißnähten zwischen Schiene und Flansch ist darauf zu achten, dass die angesetzte Schweißnahtlänge nicht die Länge der starren Lasteinleitung der Radlast gemäß Gleichung 6.1 in [1] überschreitet.

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In KRANBAHN 8 ist eine Bemessung von Hängekranen nach EN 1993-6 möglich. Für den Nachweis ist es nötig, die lokalen Biegespannungen im Unterflansch infolge Radlasten nach EN 1993-6, Kap. 5.8 zu ermitteln.

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Im Beitrag werden die verschiedenen Optionen zur Ermittlung der zulässigen Verformung von Kranbahnträgern beschrieben. Da in der Praxis Mehrfeldträger und nachgiebige, seitliche Stützungen (Schlingerverband) Anwendung finden, soll hier Klarheit über die Auswahl des richtigen Verfahrens geschaffen werden.

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产品功能

吊车梁和焊缝应力分析
吊车梁和焊缝的疲劳验算
变形验算
轮轨荷载传递局部翘曲验算
弯扭屈曲按照弯扭二阶效应（一维有限元）进行稳定性验算

对于按照欧洲规范 3 的设计验算，提供了以下国家附录：

DIN EN 1993-6/NA:2009-01 (德国)
NBN EN 1993-6/ANB:2011-03 (比利时)
LST EN 1993-6/NA:2010-12 (立陶宛)
NEN EN 1993-6/NB:2010-12 (荷兰)
NS EN 1993-6/NA:2010-01 (挪威)
SS EN 1993-6/NA:2011-04 (瑞典)
CSN EN 1993-6/NB:2010-03 (捷克)
NS EN 1993-6/NA:2010-11 (挪威)
CYS EN 1993-6/NA:2009-03 (塞浦路斯)
CYS EN 1993-6/NA:2010-12 (塞浦路斯)
DIN EN 1993-6/NA:2010-12 (德国)
NF EN 1993-6/NA:2009-12 (塞浦路斯)

除了上面列出的国家附录外，您还可以定义一个特定的国家附录，应用用户定义的极限值和参数。

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所有结果都显示在按不同主题排列的结果窗口中。设计值在相应的截面图中说明。设计细节包括所有的中间值。

一般应力分析

在 CRANEWAY 软件中可以对吊车梁进行一般应力计算，通过计算吊车梁的实际应力，并将其与等效正应力、剪应力极限和等效极限应力进行比较。对焊缝进行平行和垂直剪应力及其叠加方面的一般应力分析。

疲劳验算

根据 EN 1993-1-9 中的名义应力概念，最多可以对三台同时运行的吊车进行疲劳验算。按照 DIN 4132 进行疲劳验算时，记录吊车通道的应力曲线上的每个应力点，并根据 Rainflow 方法进行评估。

屈曲分析

杆件的屈曲分析按照欧洲规范 EN 1993-6 或 DIN 18800-3 考虑局部引入的车轮荷载。

变形验算

水平和垂直方向的变形是分开计算的。将现有的相关位移与容许值进行比较。您可以在计算参数中单独指定容许变形比。

Biegedrillknicknachweis

此处的弯扭屈曲验算按照对扭转屈曲的二阶分析进行。此处的临界荷载系数必须满足一般应力分析的要求。对于所有应力分析的荷载组合，CRANEWAY 会显示相应的临界荷载系数。

支座反力

程序根据荷载标准值和动力系数计算所有支座反力。

了解更多

在计算过程中，在预定义距离内生成吊车荷载，作为吊车轨道的荷载工况。吊车在吊车轨道上移动时的荷载增量可以单独设置。

程序会分析每个吊车位置的极限状态组合（承载能力极限状态、疲劳、变形和支座反力）。此外，还为有限元计算的规范提供了全面的设置选项，例如有限元单元的长度或中断准则。

在结构模型中根据扭转屈曲的二阶分析方法计算吊车梁的内力。

了解更多

几何、材料、截面、作用和缺陷的数据都可以在输入窗口中清晰地输入：

几何尺寸

数据输入快速方便
可以根据各种支座类型（铰接、铰接活动、刚性、用户自定义以及侧向在上或下翼缘上的）定义支座条件
翘曲约束选配
刚性和可变形支座加劲肋的可变布置
可以插入铰

吊车梁截面

I、IPE、IPEa、IPEo、IPEv、HE-B、HE-A、HE-AA、HL、HE-M、HE、HD、HP、IPB-S、IPB-SB、 W、UB、UC 和其他截面），可以在钢轨和上翼缘与截面加劲肋组合（SA、SF）或由用户自定义尺寸的接头
不对称工字钢（类型 IU）可与上翼缘加劲以及钢轨或对接对接组合