Dimensionering av traverskranbanor

1
Dimensionering av traverskranbanor
Wylliam Husson
Stålbyggnadsdagen 2015
2
Regelverk
Kranbana:
SS-EN 1991-3, last av kranar och maskiner
SS-EN 1993-6, Kranbanor
+ EKS10 (Nationella val, Boverket)
Totalt: ca 100 sidor
+ hänvisningar till
övriga eurokoddelar
Travers:
SS-EN 13001, lyftkranar
Stålbyggnadsdagen 2015
3
Kranspecifikationer
Lyftkapacitet och spännvidd, t.ex 45t x 24m
Lyftklass (HC1-HC4), dvs. hur mjukt eller ryckigt
Driftklass (S0-S9), dvs. hur ofta kranen används
Karakteristiska laster och dynamikfaktorer
Informationen erhålls normalt av kranleverantören
Stålbyggnadsdagen 2015
4
Vad är så speciellt med kranbanor?
Både vertikala och horisontella laster
Kombinationer? Kritiska snitt?
Fz
Tryckta bärverksdelar + sidokrafter
My
Vippning !
Strängare toleranser
Deformationer i bruksgränstillstånd !
Dynamiska och återkommande laster
Utmattning !
Stålbyggnadsdagen 2015
My
5
Laster
Vertikalt hjultryck av
• Obelastad kran, Qc
• Lyftlast, Qh
Horisontalkrafter i banriktning
•
av kranåkning (drivkrafter), HL (normalt försumbart)
Horisontalkrafter tvärs banan
•
av kranåkning (acceleration och bromsning), HT
•
av skevgång, HS
Olyckslaster (buffertkraft), Provlast
Stålbyggnadsdagen 2015
6
Dynamikfaktorer
Enligt SS-EN 1991-3, avsnitt 2
Dynamikfaktor
Inverkan av
Används med
Anmärkning
φ
Svängningar vid lyftning
Qc
1,1 på säker sida
φ
Överföring av last från
marken
Qh
lyftklass?
φ
Plötsligt släpp av
nyttolast
Qh
kran med skopa eller
magnet ?
φ
Åkning
Qc och Qh
toleranserna ?
(normalt 1,0)
φ
Drivning
HT
typ av drivsystem ?
φ
Provlast
Provlast
statisk eller dynamisk?
φ
Stöt med buffert
Buffertkraft
minst 1,25
Stålbyggnadsdagen 2015
7
Lastgrupper
Tabell 2.2 i SS-EN 1991-3
Stålbyggnadsdagen 2015
8
Lastkombinationer
Vid samlyftning behandlas flera kranar som en enda kranlast
Vid oberoende arbete ses laster från olika kranar som oberoende laster. Hur
många kranar bör beaktas? Enligt EKS10:
Laster från kranar ses som nyttiga laster och kombineras enl. SS-EN 1990 med
hjälp av Bilaga A i SS-EN 1991-3
Stålbyggnadsdagen 2015
9
Dimensionerande snittstorheter
3D belastning, rörliga laster
Avgörande snitt? Dimensionerande lastställning?
Viss handledning i travershandboken
1. Anta ett kritiskt snitt
2. Använd influenslinjer
Stålbyggnadsdagen 2015
10
Dimensionerande snittstorheter
Lite effektivare: max moment kurvor
(finns även i tabellerad form)
kvar i nya handboken
Mycket smidigare: dataprogram
Stålbyggnadsdagen 2015
11
Brottgränstillstånd
Tvärsnitt:
• Tvärkraft
• Tvåaxlig böjning i fält och vid upplag
Global stabilitet: vippning
Lokalt:
• Lokala spänningar av hjultryck i livet
• Livbuckling
• Svetsar (anta kontakt mellan fläns och räls)
Stålbyggnadsdagen 2015
12
Bärförmåga för tvärkraft
Enl. SS-EN 1993-1-1 avsnitt 6.2.6
plastisk bärförmåga med skjuvarea Av
För slanka liv (h/t > 72ε), beakta skjuvbuckling enl. SS-EN 1993-1-5 avsnitt 5
Inverkan på bärförmåga för moment?
om
försummas tvärkraften
annars använd reducerad sträckgräns:
−1
Stålbyggnadsdagen 2015
13
Tvåaxlig böjning
Vertikal last moment i styv riktning
Horisontal last moment i vek riktning
Excentricitet vridning!
bör beaktas enl. SS-EN 1993-6
Med räl utan gummimellanlägg antas att
vertikallasten angriper i skjuvcentrum
Och för horisontallasten? SS-EN 1993-1-1
avsnitt 6.2.7?
Stålbyggnadsdagen 2015
14
Tvåaxlig böjning
SS-EN 1993-6 avsnitt 5.6.2 (4)
Stålbyggnadsdagen 2015
15
Tvåaxlig böjning
Tvärsnittsklass 1 och 2, SS-EN 1993-1-1 avsnitt 6.2.9.1:
Tvärsnittsklass 3, SS-EN 1993-1-1 avsnitt 6.2.9.2 :
Stålbyggnadsdagen 2015
16
Global instabilitet (vippning)
Enl. SS-EN 1993-6 avsnitt 6.3.2: välj en metod
EKS10
Böjknäckning av fläns + 1/3 livets tryckzon
Kontroll enl. SS-EN 1993-1-1 avsnitt 6.2.9
Stålbyggnadsdagen 2015
17
Global instabilitet (vippning)
SS-EN 1993-6, Bilaga A får också användas:
,
⁄
,
+
,
⁄
+
⁄
≤1
Vippning och välvning! Omöjligt för hand, kan dock förenklas:
,
,
⁄
,
+
, ,
⁄
≤1
uf = upper flange
= överfläns
För vippning, använd ett dataprogram för att få fram Mcr
t.ex. LTBeam (ladas ner grattis: https://www.cticm.com/content/ltbeam-version-1011)
Stålbyggnadsdagen 2015
18
Global instabilitet (vippning)
Stålbyggnadsdagen 2015
19
Global instabilitet (vippning)
Stålbyggnadsdagen 2015
20
Global instabilitet (vippning)
aaa
Stålbyggnadsdagen 2015
21
Global instabilitet (vippning)
Stålbyggnadsdagen 2015
22
Global instabilitet (vippning)
SS-EN 1993-1-1 avsnitt 6.3.2, reduktionsfaktor för vippning (LT = lateral torsional)
Böjmomentet varierar, reduktionsfaktorn får
modifieras
För punktlast får interaktionsfaktorn Cmz
(ekvivalent konstant moment) tas som 0,9
,
,
⁄
Stålbyggnadsdagen 2015
,
+
, ,
⁄
≤1
23
Lokala spänningar i livet
Anta jämnt fördelad spänning:
Stålbyggnadsdagen 2015
24
Lokala spänningar i livet
Lokal ökning av skjuvspänningar:
,
,
Stålbyggnadsdagen 2015
= 0,2
,
25
Lokala spänningar i livet
Flyttvillkor för kritisk punkt överstöd:
,
⁄
+
,
⁄
−
,
⁄
,
⁄
+3
,
+
⁄
,
≤1
Stålbyggnadsdagen 2015
26
Transversalt belastat liv (stabilitet)
Enl. SS-EN 1993-1-5, avsnitt 6:
?
=
Stålbyggnadsdagen 2015
27
Bruksgränstillstånd
Upprepbart beteende (elastiskt vid karakteristisk last)
Undvik andning i liv (begränsad slankhet enl. SS-EN 1993-6, avsnitt 7.4)
Undvik svängningar i underfläns (enl. SS-EN 1993-6, avsnitt 7.6)
Nedböjning
≤ ⁄600 eller 25 mm
∆ ≤ ⁄600
Deformationer i sidled
≤ ⁄600
∆ ≤ 10 mm
Stålbyggnadsdagen 2015
28
Utmattning, grunder
Utmattning: upprepade spänningsvariationer leder till sprickbildning
Lasthistoriken förenklas till en spänningskollektiv (Δσi ; ni)
Används med Wöhler kurvor (S-N kurvor)
Delskador: Di = ni / Ni
Total skada: Dd =Σ Di ≤ 1
Kan förenklas ännu mer:
Skadeekvivalent spänningsvidd ΔσE
vid NE cykler
Stålbyggnadsdagen 2015
29
Utmattning, grunder
∆
∆ ⁄
Dimensioneringsvillkor:
,
≤1
Ekvivalent spänningsvidd ΔσE,2 vid 2.106 cykler (beroende av kollektivet)
Tillåten spänningsvidd Δσc vid 2.106 cykler, s.k. förbandsklass i SS-EN 1993-1-9
Stålbyggnadsdagen 2015
30
Utmattning av kranbanor
Endast effekter av vertikala laster
Förutsättning:
och
∆ ≤ 1,5
∆ ≤ 1,5 ⁄ 3
Vid flera oberoende kranar adderas delskadorna enl. SS-EN 1993-6 avsnitt 9.4.2.
Välkommen förenkling i EKS10: största hjultryck x 1,10
Vid utmattningslast:
∆
∆ ⁄
,
och
≤1
∆
∆ ⁄
,
≤1
Vid kombinerade spänningsvidder (om inget annat anges):
∆
∆ ⁄
för lasteffekter, γFf = 1,0
Stålbyggnadsdagen 2015
,
+
∆
∆ ⁄
,
≤1
31
Utmattning av kranbanor
Använd en ekvivalent utmattningslast
Qe = φfat λi Q max,i
φfat = (1+φ)/2 (1: egentyngd, 2: lyftlast)
λi = skadeekvivalensfaktor (lastkollektiv)
Stålbyggnadsdagen 2015
32
Utmattning av kranbanor
Förbandsklass, Δσc, enl. Tabell 8.1 till 8.9 i SS-EN 1993-1-9 (akta belastningsart)
Partialkoefficienter för bärförmåga, SS-EN 1993-6 SS-EN 1993-1-9:
Stålbyggnadsdagen 2015
33
Utmattning, kontrollpunkter
rälinfästningar (σx)
halssvets, stumsvetsar (σz, σx, τ)
både i fält och vid stöd
svets (σz, σx, τ)
liv (σz, τ)
kälsvetsar (σx)
plåt (σx)
fläns (σx)
Stålbyggnadsdagen 2015
34
Utmattning, längsgående kälsvets
1. Max och min moment momentvidd för ekvivalent utmattningslast
2. Normalspänning i flänsens överkant, ΔσE,2
3. Förbandsklass, Δσc, enl. SS-EN 1993-1-9, tabell 8.2:
Stålbyggnadsdagen 2015
35
Utmattning, rälklammer
Vilken förbandsklass?
Detalj 1 i Tabell 8.4
Detalj 6 i Tabell 8.5
Stålbyggnadsdagen 2015
36
Utmattning, rälklammer
Detalj 1 i Tabell 8.5
Tysk tolkning [U.Kuhlmann, Stahlbau 2003]:
Stålbyggnadsdagen 2015
37
Utmattning, halssvets
Kontrolleras för kombinerad:
• Normalspänning, σz (koncentrerad kraft + livböjning i klass S3-S9)
• Skjuvspänning,
(tvärkraft inkl. lokal ökning)
• Normalspänning i längsled, σx (böjmoment i styv riktning)
Två kritiska fall för skjuvspänningen
1. Samtidigt skjuvspänningsvidd i fält (1 lastcykel/hjul/arbetscykel)
2. Maximal skjuvspänningsvidd vid stöd (1 lastcykel/arbetscykel)
Stålbyggnadsdagen 2015
38
Utmattning, halssvets
Samtidigt skjuvspänningsvidd i fält
1:a spänningsvidd
2:a spänningsvidd
större skadeekvivalensfaktorn
/
normalspänning: ×
skjuvspänning:
Stålbyggnadsdagen 2015
×
/
39
Utmattning, halssvets
Max skjuvspänningsvidd i fält
Max skjuvspänning
ingen skjuvspänning
Stålbyggnadsdagen 2015
40
Tack!
Trevlig stålbyggnadsdag!
Wylliam Husson
wylliam@prodevelopment.se
070-378 66 11
Stålbyggnadsdagen 2015