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Eurocode 1 – Actions sur les structures - Partie 3: Actions induites par les appareils de levage et les machines: 2006 et prNBN EN 1991-3 ANB:2009 (F)
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I d B o c A o F ur 11 0 E 2 e l 0 c 1 y 0 C 2
Eurocode 3 – Calcul des structures en acier - Partie 6: Chemins de roulement (+ AC:2009):2007 et prNBN EN 1993-6 ANB:2009 (F) Eugène 1:
1 Piraprez ,
Luc Schueremans²
Steel Solutions, Rue Zénobe Gramme 44, B-4280 Hannut [email protected] ²: KULeuven, departement burgerlijke bouwkunde, kasteelpark Arenberg 40, [email protected]
Avec les remerciements à: RWTH-Aachen – institut und Lehrstuhl für Stahlbau Leithmetallbau: G. Sedlacek, R. Schneider, Chr. Müller, S. Höhler, J. Stötzel
Contenu • Références normatives EN • Domaine d’application – principes de base • Sollicitations • Dimensionnement • Vérification de la stabilité • Fatigue • Exemple de calcul
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I d B o c A o F ur 11 0 E 2 e l 0 c 1 y 0 C 2 Eugène Piraprez – Steel Solutions
Cadre normatif • EN 1990 Eurocode: Bases de calcul des structures • EN 13001-1 Appareils de levage – conception générale – Part 1: Principes et prescriptions • EN 13001-2 Appareils de levage – conception générale – Part 2: Effets des charges • EN 1993-1-9 Calcul des structures en acier – Partie 1-9: Fatigue • EN 1991-3: Actions sur les structures – Partie 3: Actions induites par les appareils de levage et les machines • EN 1993-6: Calcul des structures en acier - Partie 6: Chemins de roulement
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Appareils de levage: EN 13001
Cadre normatif • EN 1991-3 Actions sur les structures – Partie 3: Actions induites par les appareils de levage et les machines • EN 1993-6 Calcul des structures en acier - Partie 6: Chemins de roulement
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Types de ponts roulants Poutre de roulement pour palan avec chariot monorail
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Pont roulant - suspendu avec palan avec chariot - posé avec palan avec chariot
Classification des actions
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Actions variables Verticales
Actions accidentelles
I d B o c A o F ur 11 0 E 2 e l 0 c 1 y 0 C 2 Horizontales
•Poids propre •Forces •Masse à lever d’entraînement •Marche en crabe •…
Verticale
•Charge •Forces de d’essai tamponnement
Quasi-statiques
Dynamiques (j1,…,j6)
Fj ,k j i Fk
(j1,…,j4)
(j5)
(j6)
(j7)
Groupes des charges
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Coefficients dynamiques
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Charges verticales – coefficients dynamiques
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Charges verticales
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Charges verticales
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Charges verticales
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Exemple de calcul • L=15.00m – portée • a=2.50m – écartement des galets • emin = 0.00m
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• Masse à lever nominale: Qh,nom=100 kN • Poids propre du pont: Qc1=60 kN • Poids propre du chariot: Qc2=10 kN • Classe de levage: HC3 – annexe B
a=2.50m
L=15.00m
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Charges verticales : coefficients dynamiques
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Charges verticales j1 = 1,1; j2 = 1,2 – avec masse à lever Qh,k=100 kN – Qr,max:
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Qc1 60 e min e min 15 0 15 0 Qr ,max j1 Qc 2 j 2 Qh 1.1 10 1.2 100 164kN 15 15 2 2 Qc1 60 e min e min 0 0 Qr ,max j1 Qc 2 j 2 Qh 1.1 10 1.2 100 33kN 15 15 2 2
Qr ,max
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Qr ,(max) Qr,max
Qr ,max
164kN 88kN 2
2 Qr ,(max)
Qr,max
2
33kN 16.5kN 2
Qr,max
emin
Qr ,(max)
Crab
Qh,nom = nominal hoist load
Qr, (max)
Qr, (max)
Charges verticales j1 = 1,1: sans masse à lever – Qr,min:
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Fj ,k j i Fk
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QC1,j ,k 1,1 60,0 66,0 kN QC 2,j ,k 1,110,0 11,0 kN
1 Qr ,(min) 66,0 11,0 44,0 kN Qr ,(min) 22,0 kN 2 1 Qr ,min 66,0 33,0 kN Qr ,min 16,5 kN 2
Qr,min
Qr,min
a
Qr,min
Qr; (min)
Qr,´(min)
Qr,(min)
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Forces horizontales
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Forces horizontales produites lors des accélérations et des décélérations Longitudinales:
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Transversales:
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H L,1 = H L, 2 j 5
K
nr
H T ,1
nr: nombre de poutres de roulement H T ,2 K: force d’entraînement j5: coefficient dynamique
M = j5 2 a M = j5 1 a
Exemple de calcul K: force d’entraînement (par galet) nr=2 nombre de poutres de roulement j5=1.5 coefficient dynamique mw=2; nombre de systèmes d’entraînement à un galet =0.2 (contact acier-acier) Q
* r , min
s e
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m w Q r ,min 2 15,0 30,0 kN
K K1 K 2
* Qr ,min
0,2 30,0 6,0 kN
6kN 4.5kN HL,1 = HL, 2 j 5 1,5 2 nr
QR
K
HT
HL
Coefficient dynamique
s e
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Exemple de calcul Transversalement: H T ,1 H T,2
Qr,max
Qr,max
140kN Qr,max
M 29,7 = j5 2 1,5 0,18 3,2 kN a 2,5 M 29,7 = j5 1 1,5 0,82 14,6 kN a 2,5
Qr
Crab
s e
30kN Qr ,(max)
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Qr ,max
emin
Qr, (max)
Qh,nom = nominal hoist load
Qr ,(max)
140,0 30,0 170,0 kN
1
Qr, max 140 = 0.82 Qr 170
2
= 1 1 0,18
S
= 1 0,5
=4.95m
0,83 0,5 15,0m 4,95 m
M = K l S 6,0kN 4,95m 29,7 kNm
0.5l
=0.82x15m
0.5l
=0.18x15m =15m
=2.5m
Qr,
Forces longitudinales (HL,i) et forces transversales (HT,i) dues à la marche en crabe de l’appareil de levage
s e
• Force de guidage S f S , j Qr
I d B o c A o 1 F r 1 u 0 E 2 e l 0 c 1 y 0 C 2
f 0,3 1 exp 250
H S ,1, j , L f S ,1, j , L
Qr
H S ,2, j , L f S ,2, j , L
Qr
H S ,1, j ,T f S ,1, j ,T
Qr
H S ,2, j ,T f S ,2, j ,T
Qr
Forces longitudinales (HL,i) et forces transversales (HT,i) dues à la marche en crabe de l’appareil de levage
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• L’angle est déterminé en fonction de: – l’espace entre le dispositif de guidage et le rail (x); – une variation dimensionnelle (raisonnable) (0, aext); – l’usure des galets et des rails (y).
= F + v + 0 ≤ 0,015 rad
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Exemple de calcul
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0,75 x 10 F 0,004 rad a 2500 y 0,1 50 V 0,002 rad a 2500 0 0,001 rad F V 0 f 0,3 1 exp 250
0,007 rad
0,3 1 exp 250 0,007 0,248 0,3
Forces longitudinales (HL,i) et forces transversales (HT,i) dues à la marche en crabe de l’appareil de levage • Distance h
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Exemple de calcul • hauteur h:
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• e1 = 0 as flanged wheels are used • e2 = a = 2,50 m • m=0 for independent wheel pairs. m1 2 l 2
h
s e
ej
e
2 j
0 2,50 2,50 m 2,50 2
Forces longitudinales (HL,i) et forces transversales (HT,i) dues à la marche en crabe de l’appareil de levage
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• Coefficients de force
Exemple de calcul
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Coefficients de force S ,1, L 0
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S S ,1 S , 2
1
ej
S ,2, L 0
S ,1,1,T
nh 2,50 1 0,5 2 2,50
S ,1, 2,T
2
e1 1 n h 0,18 1 0 2 0,09
2
e2 1 n h
0,18 2,50 1 0 2 2,50
S , 2,1,T
S , 2, 2,T
1
e1 1 n h 0,82 1 0 2 0,41
1
e2 1 n h
0,82 2,50 1 0 2 2,50
Exemple de calcul • Forces longitudinales (HL,i) et forces transversales (HT,i): H S ,1, j , L f S ,1, j , L
Q
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H S ,2, j , L f S ,2, j , L
H S ,1, j ,T f S ,1, j ,T
S ,1,1,T 0,09 H S ,1, j 1,T
0,248 0,09 170,0kN 3,8kN
S=21.1kN H S ,1,2,T 0kN
S ,1,2,T 0
s e
Qr 0 r
0
H S ,2, j ,T f S ,2, j ,T
Qr
HS,2,1,T =17.3kN
HS,1,1,T =3.8kN
h
Qr
S ,2,1,T 0,41 H S , 2, j 1,T 0,248 0,41 170,0kN 17,3kN
e1=0
e2=a =2.5m
H S ,2,2,T 0kN
S ,2,2,T 0
Forces horizontales produites lors des accélérations et des décélérations du chariot
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• 10% de la masse à lever (Qh = 100kN) • 10% du poids du chariot (Qc,2=10 kN).
HT ,3 0,1 10,0 100,0 11,0 kN
Forces de tamponnement
s e
• Actions accidentelle • HB,1: Force de tamponnement liée au déplacement de l’appareil de levage
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Forces de tamponnement
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• HB,2: Force de tamponnement liée au déplacement du chariot • Somme de :
• 10% de la masse à lever (Qh = 100kN) • 10% du poids du chariot (Qc,2=10 kN).
Charges de fatigue
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Charges de fatigue
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Charges de fatigue
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Charges de fatigue – Exemple de calcul • Coefficients dynamiques:
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1 j1 1 1,1 sur le poids propre de l’appareil de levage j fat ,1 1,05 2 2 1 j 2 1 1,2 j fat , 2 1,10 sur la masse à lever 2 2 Qc1 1 emin 1 emin j Q j Q j Q fat,i max,i 2 fat,1 2 c 2 2 fat,2 h
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60 1 15 0 1 15 0 1.05 10 1.1100 76kN 2 15 2 15 2
• Contraintes normales:
Qe j fat,i i Qmax,i 0.794 76kN 60.3kN
(classe S6):
• Contraintes de cisaillement:
Qe j fat,i i Qmax,i 0.871 76kN 66.2kN
Résumé des charges
Qr,(min) Qr,min Qr,(max) Qr,max
États Limites Ultimes 1 2 3 4 5 6 j1=1,10 j1=1,00 j4=1,00 j4=1,00 j4=1,00 J1= 1,10 j3=1,00 j5=1,50 j5=1,50 j2=1,20 j5=1,50 j5=1,50 22,0 kN 22,0 kN 20,0 kN 20,0 kN 20,0 kN 20,0 kN 16,5 kN 16,5 kN 15,0 kN 15,0 kN 15,0 kN 15,0 kN 16,5 kN 16,5 kN 15,0 kN 15,0 kN 15,0 kN 82,0 kN 72,0 kN 70,0 kN 70,0 kN 70,0 kN
HL,1 HL,2 HT,1 HT,2 HS1,L HS2,L HS1,T HS2,T HT,3
4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 4,5 kN 3,2 kN 3,2 kN 3,2 kN 3,2 kN 14,6 kN 14,6 kN 14,6 kN 14,6 kN 0 0 17,3 kN 17,3 kN 11,0 kN
Groupes de charges Coefficients dynamiques
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Poids propre de Charges l’appareil verticales Poids propre de l’appareil et de la masse à lever Accélération de l’appareil Charges de levage horizontales Mise en crabe
Accélération du chariot
Poutres de roulement – Effets des charges à considérer
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Vérifications aux états limites ultimes
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Résistance des sections transversales Déversement Résistance de l’âme aux charges des galets Résistance de la semelle inférieure aux charges des galets ….. • Flambement • Éléments composés comprimés • Voilement des plaques • • • •
Vérifications aux états limites de service
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I d B o c A o F …ur 11 0 E 2 • Respiration d’âmee l 0 • Vibrations c 1 y 0 C 2 • Déformations • Déplacements • Fatigue
Types de rails
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I d B o c A o F ur 11 0 E 2 e l 0 c 1 y 0 C 2 hr: hauteur du rail tr : épaisseur sous la face d’usure
Contrainte locale verticale dans l’âme
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Contrainte locale verticale dans l’âme Longueur chargée efficace
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Contrainte locale verticale dans l’âme Longueur chargée efficace
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Répartition des contraintes de compression
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Contraintes locales de cisaillement
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Torsion de la semelle supérieure
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Flexion locale sur la semelle inférieure
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Exemple de calcul
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Moment maximum : x = 2,875 m
A cette abscisse : a) M et T dus - aux poids propres (poutre + rail); - aux charges verticales des galets; - à l’accélération et à la décélération.
b) Torsion due - aux charges verticales des galets; - à l’accélération et à la décélération.
Exemple de calcul
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Vérification de la section :
- cisaillement de l’âme; - cisaillement de la semelle supérieure; - cisaillement dû à la torsion; - interaction : contrainte normale – cisaillement; - flexion : plan horizontal : semelle supérieure - flexion : plan vertical.
Valeurs limites des flèches horizontales
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Valeurs limites des flèches horizontales
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I d B o c A o F ur 11 0 E 2 e l 0 c 1 y 0 C 2
Valeurs limites des flèches verticales
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Exemple de courbes de Wölher
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Exemple de catégories de détails
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Exemple de catégories de détails – poutres de roulement
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Exemple de catégories de détails – poutres de roulement
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Exemple de calcul A l’abscisse x = 2,875 m.
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Vérification de la section (poids propres + charges verticales des galets : - contraintes normales dans la semelle supérieure; - contraintes normales dans la semelle inférieure. Vérification de l’âme - cisaillement dû aux . aux poids propres; . charges verticales des galets: . charges locales sous galets. - contraintes normales dues : . aux charges verticales des galets; . à la flexion. - interaction.
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