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001493

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

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

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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