根据DIN EN 1993-6设计起重机跑道梁的腹板接缝

技术文章

本文首先介绍了起重机梁焊缝设计的系列文章,介绍了起弧焊缝设计,遵循以前关于起重机梁极限状态疲劳极限状态下钢轨焊接设计的文章。考虑最终极限状态和疲劳极限状态。

终极极限状态

施加的载荷导致水平和垂直车轮载荷,必须在设计中考虑。在最终极限状态设计中不考虑垂直车轮载荷的偏心轮载荷应用,因此不会出现额外的扭矩。

图01 - 作为双圆角焊缝的网状焊缝

在下文中,有一组用于应力和设计计算的公式。

由于车轮负荷引起的应力
$ \ 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 {埃德}} \; = \; \ SQRT {{\ mathrm \西格玛} _ \perp²\ + \; 3 \; \ CDOT \ {\ mathrm \ tau蛋白} _ \perp²\ + \; 3 \; \ CDOT \ {\ mathrm \ tau蛋白} _ \parallel²} \ {端阵列} $

焊接设计
$ \ 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} $

疲劳极限状态

与ULS相比,忽略了水平载荷产生的应力,因此仅考虑垂直车轮载荷。但是,根据现有的损坏等级和所使用的国家附件,必须考虑轨头宽度的1/4的偏心轮载荷。因此,产生额外的扭矩,其必须首先通过轨道焊接传递,然后通过顶部凸缘,腹板并且最后通过腹板焊接传递。

图02 - FLS中的偏心轮负载应用

钢轨焊接必须几乎完全转移这个扭矩。另一方面,对于腹板上的焊缝,应考虑顶部凸缘的扭转刚度的影响,因为这对腹板弯曲以及因此对焊缝中的应力具有关键影响。

在确定顶部法兰的扭转常数时, [2]只假设顶部法兰,只要导轨没有刚性固定。只有在这种情况下,扭矩才能由导轨和法兰确定。另一种方法在[5]中描述,其中轨道和法兰的各个扭转刚度分量相加,因此可以实现顶部法兰的更高刚度。但是, [2]中没有提供这种方法。

对于腹板角焊缝的设计,有必要将两个应力分量组合在一起。由于中心轮载荷和由于扭矩引起的应力,存在应力。完整的扭矩M T被顶部凸缘部分地吸收,因此由于腹板弯曲而产生的部件M 腹板保留用于焊接设计。

最后,应该注意的是,该计算过程和描述仅适用于顶部凸缘和腹板之间的双角焊缝。如果底部法兰和腹板上的焊缝也应设计为角焊缝,则由于所施加的车轮载荷的存在长度,车轮载荷效应可忽略不计。在这种情况下,由弯曲或剪切应力以及最小厚度引起的应力分量是有效的。

在下文中,有一组用于应力和设计计算的公式。

由于中心轮负载引起的应力
$ {\ 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}} $

由于偏心轮负载引起的应力
$ \ 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} _ \mathrmf³} 3 \\\ mathrm \ lambda \; = \; \ sqrt {\ frac {2.98 \; \ cdot \; {\ mathrm t} _ \mathrmw³} {\ mathrm a \; \ cdot \; {\ mathrm I} _ \ mathrm T} \; \ cdot \; \ frac {\ sin \; \mathrmh²\;(\ mathrm \ beta)} {\ sin \; \ mathrm h \;(2 \ ; \ cdot \; \ mathrm \ beta)\; - \; 2 \; \ cdot \; \ mathrm \ beta}} \\ {\ mathrm \ sigma} _ {\ mathrm z,\ mathrm {Ed},\ mathrm {ecc}} \; = \; \ frac6 {{\ mathrm t} _ \mathrmw²} \; \ 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} _ \mathrmw²\; \ cdot \; {\ mathrm l} _ \ mathrm {eff}} 6 \\ {\ mathrm \ sigma} _ {\ mathrm z,\ mathrm {Ed},\ mathrm {ecc},\ mathrm {焊接}} \; = \; \ 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} $

焊缝产生的应力
$ {\ 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}} $

设计
$ \ 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 \伽马} _ \ mathrm {MF}}} \; <\; 1.00 \ {端阵列} $

摘要

关于各种起重机梁焊接的三篇技术文章详细解释了这个主题。在个别情况下的实际实施中,应决定是否应用顶部法兰的扭转刚度作为轨道和法兰的单独部件或法兰本身的附加物。

参考

[1] Seeßelberg,C。(2016)。 Kranbahnen:Bemessung和konstruktive Gestaltung nach Eurocode (第5版)。柏林:Bauwerk。
[2] 欧洲法规3:钢结构设计 - 第6部分:起重机支撑结构 ; EN 1993-6:2007 + AC:2009
[3] 欧洲规范1:对结构采取的行动 - 第3部分:起重机和机械引起的行动 ; EN 1991-3:2006
[4] 欧洲法规3:钢结构设计 - 第1-9部分:疲劳 ; EN 1993-1-9:2005 + AC:2009
[5] Petersen,C。(2013)。 Stahlbau ,(第4版)。威斯巴登:Springer Vieweg。

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