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2017-11-21

Dimensionamento de soldaduras em barra de vigas de grua segundo a EN 1993-6

No final do tópico sobre o dimensionamento de soldaduras em vigas de ponte rolante - após os artigos técnicos sobre o cordão de soldadura de carris no estado limite último e no estado limite de fadiga - segue-se um artigo técnico sobre cordões de soldadura de alma. Dabei sollen sowohl der Grenzzustand der Tragfähigkeit als auch der Grenzzustand der Ermüdung betrachtet werden.

Estado limite último

As cargas aplicadas provocam cargas horizontais e verticais nas rodas que devem ser consideradas no dimensionamento. Uma aplicação de carga de roda excêntrica das cargas de roda verticais não é considerada na verificação do estado limite último e, portanto, não ocorre momento de torção adicional.

Soldaduras de alma como soldaduras de filete duplas

No texto a seguir, é apresentado um conjunto de fórmulas para o cálculo de tensões e dimensionamento.

Tensões devido à carga da roda

\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}

Fórmula 1

Verificação de cordões de soldadura

\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}

Fórmula 2

Estado limite de fadiga

Em contraste com o ULS, as tensões resultantes de cargas horizontais são ignoradas; assim, apenas as cargas verticais das rodas são consideradas. No entanto, dependendo da classe de avaria existente e do anexo nacional utilizado, tem de ser considerada a carga excêntrica de 1/4 da largura da parte superior do carril. Assim sendo, ocorre um momento de torção adicional, que tem de ser transferido primeiro pelos cordões de soldadura de carril, depois pelo banzo superior, a alma e, finalmente, pelos cordões de soldadura da alma.

Exzentrischer Radlastangriff im GZE

As soldaduras de carril devem transferir este momento de torção quase na totalidade. Por outro lado, o efeito da rigidez de torção do banzo superior deve ser considerado para as soldaduras na alma, uma vez que tem uma influência crucial na flexão da alma e, portanto, na tensão na soldadura.

Ao determinar a constante de torção do banzo superior, [2] apenas assume o banzo superior enquanto o carril não se encontra fixo de forma rígida. Só nesses casos o momento de torção é determinado a partir do carril e do banzo. Outra abordagem é descrita em [5] , onde os componentes individuais da rigidez de torção do carril e do banzo são adicionados para que é possível atingir uma rigidez maior do banzo superior. No entanto, esta abordagem não é fornecida em [2].

É necessário combinar dois componentes de tensão para o dimensionamento de cordões de soldadura da alma. Existem as tensões da carga central da roda e as tensões do momento de torção. O momento de torção completo M_T é parcialmente absorvido pelo banzo superior; assim, o componente da alma M devido à_flexão da alma permanece para a verificação do cordão de soldadura.

Por fim, importa notar que este procedimento de cálculo e descrição apenas se aplica a cordões de soldadura duplos entre o banzo superior e a alma. Se os cordões de soldadura no banzo inferior e na alma também tiverem de ser dimensionados como cordões de soldadura, os efeitos da carga de roda são desprezáveis devido ao comprimento existente das cargas de roda aplicadas. Neste caso, são determinantes os componentes de tensão devidos à flexão ou tensão de corte, bem como às espessuras mínimas.

No texto a seguir, é apresentado um conjunto de fórmulas para o cálculo de tensões e dimensionamento.

Tensões devido à carga cêntrica da roda

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

Fórmula 3

Tensões devido à carga excêntrica da roda

\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}

Fórmula 4

Tensão resultante na soldadura

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

Fórmula 5

Verificações

\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}

Fórmula 6

Resumo

Os três artigos técnicos sobre as diferentes soldaduras de vigas de ponte rolante explicam este tema em detalhe. Na implementação prática em casos individuais, deve ser decidido, em particular, se a rigidez de torção do banzo superior é aplicada como uma adição dos componentes individuais do carril e do banzo ou apenas o banzo.

Ligações

Software para o dimensionamento estrutural de gruas e pontes rolantes

Referências

Seeßelberg, C. Kranbahnen: Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode, 5th ed.). Berlin: Bauwerk, 2016
EC 3. (2009). Eurocódigo 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). Eurocódigo 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

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