Kranbahnträger aus Walzprofilen: Nachweise und Bemessungsdiagramme PDF
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Peter Osterrieder Stefan Richter Kranbahntrager aus Walzprofilen Aus dem Programm _____________ ______ Bauwesen Stahlbau von Ch. Petersen Statik und Stabilitat der Baukonstruktionen von Ch. Petersen Dynamik der Baukonstruktionen von Ch. Petersen Formeln und Tabellen Stahlbau von E. Piechatzek und E.-M. Kaufmann Einfiihrung in den Eurocode 3 von E. Piechatzek Kranbahntriger aus Walzprofilen von P. Osterrieder und S. Richter Taschenbuch der Wasserversorgung von J. Mutschmann und F. Stimmelmayr VOB Gesamtkommentar von W. Winkler und P. J. Frohlich Hochbaukosten - Flachen - Rauminhalte von W. Winkler und P. J. Frohlich Praxiswissen Bausanierung von M. Stahr (Hrsg.) vieweg ________________- ---" Peter Osterrieder Stefan Richter Kranbahntriger aus Walzprofilen Nachweise und Bemessungsdiagramme 2., iiberarbeitete Auflage ~ vleweg Die Deutsche Bibliothek - CIP-Einheitsaufnahme Ein Titeldatensatz fiir diese Publikation ist bei Der Deutschen Bibliothek erhiiltlich 1. Auflage Oktober 1999 2., iiberarbeitete Auflage Oktober 2002 AIle Rechte vorbehalten © Priedr. Vieweg & Sohn Verlagsgesellschaft mbH, Braunschweig/Wiesbaden, 2002 Softcover reprint of the hardcover 2nd edition 2002 Der Vieweg Verlag ist ein Untemehmen der Pachverlagsgruppe BertelsmannSpringer. www.vieweg.de Das Werk einschlieBlich aller seiner Teile ist urheberrechtlich geschiitzt. Jede Verwertung auBerhalb der engen Grenzen des Urheberrechtsgesetzes ist ohne Zustimmung des Verlags unzuliissig und strafbar. Das gilt insbe sondere fiir Vervielfciltigungen, Ubersetzungen, Mikroverfilmungen und die Einspeicherung und Verarbeitung in elektronischen Systemen. Umschlaggestaltung: Ulrike Weigel, www.CorporateDesignGroup.de Gedruckt auf siiurefreiem und chlorfrei gebleichtem Papier. ISBN -13:978-3-322-80321-4 e-ISBN -13:978-3-322-80320-7 DO I: 10.1007/978-3-322-80320-7 v vorwort Kranbahntdiger in geschlossenen Hallen werden bei leichtem und mittelschwerem Betrieb meist als gewalzte I-Profile aus S 235 (St 37) mit Flachstahlschiene und ohne Horizontalverband aus geftihrt. Vertikale Radlasten und Seitenlasten von Briickenlaufkranen verursachen in den Kran bahntragem zweiachsige Biegung und Torsion. Bei der im Rahmen des Stabilitatsnachweises ge forderten Untersuchung des Gleichgewichts am verformten Trager nehmen die Spannungen aus Seitenbiegung und Torsion im Sinne der Theorie ll. Ordnung uberproportional zu. Der Nachweis der Tragsicherheit (Biegedrillknicknachweis) unter dieser Beanspruchung wird in der Regel fUr die Bemessung von gewalzten Kranbahntragem maBgebend. Der Nachweis der Betriebsfestig keit ist bei dieser Bauweise meist von untergeordneter Bedeutung. Die zuverlassige Berechnung der Tragsicherheit und ihre wirtschaftliche Ausnutzung bei der Kranbahntragerbemessung erfordert einen hohen Planungsaufwand, welcher fUr die ansonsten kostengiinstigen Walztrager mit nieht unerheblichen Kosten verbunden ist. Zur Aufwandsredu zierung wurde daher ein einfaches Bemessungs-und Nachweisverfahren unter Verwendung von Diagrammen erarbeitet. Die Bemessungsdiagramme liefem sowohl Aussagen zur Tragfahigkeit als auch zur Gebrauchstauglichkeit. Fur den schnellen Gebrauch wird die Anwendung der Diagramme zur Losung einer praxis relevanten, exemplarischen Aufgabe in Abschnitt 1 dargestellt. Die Abschnitte 2 und 3 enthalten die wesentliehen Informationen und Hinweise zur Ermittlung der in den Diagrammen beriick siehtigten Einwirkungs-und WiderstandsgroBen. Weitere Einwirkungen und Einwirkungskom binationen sowie die Beulsicherheit der Stegbleche werden in Abschnitt 4 untersucht. Detaillierte Betrachtungen zu den Berechnungsgrundlagen sind Gegenstand des Abschnittes 5. Die vorliegende Arbeit entstand in Fortfiihrung eines durch die Stiftung Industrieforschung finanzierten, in der Zeit von Januar 1989 bis Dezember 1990 am Institut fUr Stahlbau der Univer sitat Stuttgart unter der Leitung von Professor Dr.-Ing. J. Oxfort durchgefiihrten Forschungspro jektes. Das Projekt wurde bearbeitet durch Herm Dr.-Ing. H.-W. Haller und begleitet von dem Arbeitsausschuss TB des Deutschen Stahlbau-Verbandes. Gepriift wurde das Forschungsvorha ben von einem Gutachtergremium der Forschungsvereinigung der Arbeitsgemeinschaft der Eisen und Metall verarbeitenden Industrie e.V. (AVIF), das sich aus Vertretem der Stahl anwendenden Industrie und der Wissenschaft zusammensetzt. Die Weiterfiihrung des Forschungsprojektes und die Aufbereitung der Bemessungsdiagram me in der vorliegenden Form erfolgte im Rahmen eigenfinanzierter Forschung am Lehrstuhl Statik und Dynamik der Brandenburgischen Technischen Universitat Cottbus. Cottbus, Juli 1999 Peter Osterrieder, Stefan Richter VI Vorwort zur zweiten Auflage Der Ausverkauf der 1. Auflage des Buches bereits nach kurzer Zeit ergab die M6glichkeit, im Rahmen einer 2. Auflage erganzende Nachweise mit den zugehOrigen Untersuchungen in die Bemessungshilfen einzuarbeiten. Die Diagramme beinhalten nun auch den Vergleichsspan nungsnachweis fUr den Stegansatz des Tdigers (Abschnitt 4.3). Dieser begrenzt die Tragfahigkeit bei Durchlauftdigern mit sehr kurzen Spannweiten und geringen Horizontallasten. Die Betriebs festigkeit von Tragerquerschnitt und SchweiBniihten wird im Rahmen umfangreicher nume rischer Betrachtungen in den Abschnitten 4.5 und 4.6 untersucht. Die Auswertung fuhrt zu einer einfachen Bemessungsgleichung fUr die SchweiBniihte zwischen Schiene und Tragerober gurt. Zur sicheren und einfachen Bemessung untersrutzender Bauteile werden im Abschnitt 4.7 Gleichungen fUr minimale und maximale vertikale und horizontale Lagerkriifte abgeleitet. Die Autoren bedanken sich bei zahlreichen Lesern der 1. Auflage fur die wertvollen Hinweise und Anregungen. Cottbus, August 2002 Peter Osterrieder, Stefan Richter VII Inhaltsverzeichnis Vorwort V Inhaltsverzeichnis VO Verzeichnis der Diagramme IX Formelzeichen X 1 Ubersicht 1 1.1 Anwendungsbereich 1 1.2 ErHiuterungsbeispiel 2 2 Bemessungsgrundlagen 7 2.1 Regelungen der Stahlbau-Grundnormen DIN 18 800 Teil 1 und Teil 2 7 2.2 Einwirknngen nach DIN 4132 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7 2.2.1 Vertikale Verkehrslasten von Kranlaufradem und Eigengewicht 8 2.2.2 Kranseitenlasten infolge Schraglaufs des Briickenkranes 8 2.3 Vorverformungen....................... 10 2.4 WiderstandsgroBen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 2.5 MaBgebende Grundkombination und Teilsicherheitsbeiwerte 11 3 Hinweise zur Anwendung 13 3.1 Bemessungsparameter ........ 13 3.2 Nachweis der Tragsicherheit : . . . . 14 3.3 Nachweis der Gebrauchstauglichkeit . 15 3.3.1 Horizontale Verformungen . 15 3.3.2 Vertikale Verformungen 15 3.4 Ablaufschema............ 18 4 Weitere Nachweise 19 4.1 Beanspruchungen aus Anfahren oder Bremsen des Briickenkrans . 19 4.1.1 Seitenlasten HM. . . . . . . . 19 4.1.2 Lasten in Tragerliingsrichtung . . . . 21 4.2 Weitere Grundkombinationen. . . . . . . . . 21 4.2.1 Alleinige Wirkung der Vertikallasten 21 4.2.2 PlanmiiBiges Zusammenwirken vertikaler und horizontaler Radlasten 23 4.3 Vergleichsspannungsnachweis fUr den Tragerquerschnitt am Stegansatz 26 4.4 Stegbeulen.......................... 28 4.4.1 Vorbemerkungen.................. 28 4.4.2 MaBgebende Grundkombination und Laststellung . 29 4.4.3 EinflUsse der Systemparameter. . . . . . . . . . . 29 4.4.4 Nachweis der Beulsicherheit nach DIN 18800 Teil 3 31 4.5 Betriebsfestigkeitsnachweis fUr den Tragerquerschnitt. . . . 34 4.5.1 Grundlagen, Annahmen ............... 34 4.5.2 Nachweis fUr den Querschnitt im Auflagerbereich (Querschottanschluss) 34 vm Inhaltsverzeichnis 4.6 SchweiBnahte zwischen Schiene und Obergurt. . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.6.1 Bemessung der SchienenschweiBnahte. . . . . . . . . . . . . . . . . 40 4.6.2 Vergleichswert der SchweiBnahtspannungen fur den Tragsicherheits- nachweis . . . . . . . . . . 40 4.6.3 Betriebsfestigkeitsnachweis 41 4.7 Auftagerkrafte............ 44 5 Grundlagen der Berechnung 47 5.1 Vorbemerkungen . . . . . . . . . . . . 47 5.2 Querschnittswerte ........... . 48 5.2.1 Nicht mittragende Kranschiene. 48 5.2.2 Mittragende Kranschiene . . . 48 5.2.3 GroBere Schienenquerschnitte 50 5.3 MaBgebende Laststellung . 52 5.3.1 Einfeldtdiger .. 52 5.3.2 Durchlauftrager. 52 5.4 Numerische Berechnung 53 A Bemessungsdiagramme bei nicht mittragender Schiene 55 B Bemessungsdiagramme bei mittragender Schiene 177 Schrifttum 299 IX Verzeichnis der Diagramme A Bemessungsdiagramme bei nicht mittragender Scbiene 55 REA Einfeldtrliger, A = 0,2727 . 56 REA Einfeldtrliger, A= 0,2500 . 62 REA Einfeldtrliger, A = 0,2308 . 68 REA Einfeldtrliger, A = 0,2143 .. 74 = REA Einfeldtrliger, A 0,1571 . 80 REB Einfeldtrliger, A = 0,2727 . 86 REB Einfeldtrliger, A = 0,2500 . 92 HEB Einfeldtrliger, A = 0,2308 . 98 REB Einfeldtrager, A = 0,2143 . . . 104 REB Einfeldtrager, A = 0,1571 . . . 110 REA Durchlauftrager, A = 0,2727 · 116 REA Durchlauftrager, A= 0,2500 · 122 REA Durchlauftrager, A = 0,2308 · 128 HEA Durchlauftrager, A = 0,2143 134 REA Durchlauftrager, A = 0,1571 · 140 REB Durchlauftrager, A = 0,2727 · 146 REB Durchlauftrager, A = 0,2500 · 152 REB Durchlauftrager, A = 0,2308 · 158 = REB Durchlauftrager, A 0,2143 · 164 = HEB Durchlauftrager, A 0,1571 · 170 B Bemessungsdiagramme bei mittragender Scbiene 177 REA Einfeldtrliger, A = 0,2727 . · 178 REA Einfeldtrager, A = 0,2500 . · 184 = REA Einfeldtrager, A 0,2308 . · 190 REA Einfeldtrliger, A= 0,2143 . · 196 REA Einfeldtrager, A= 0,1571 . .202 HEB Einfeldtrager, A= 0,2727 . .208 REB Einfeldtrager, A = 0,2500 . .214 REB Einfeldtrager, A= 0,2308 . .220 REB Einfeldtrager, A= 0,2143 . .226 REB Einfeldtrager, A= 0,1571 . .232 REA Durchlauftrager, A = 0,2727 .238 REA Durchlauftrager, A = 0,2500 .244 HEA Durchlauftrager, A= 0,2308 .250 REA Durchlauftrager, A= 0,2143 .256 REA Durchlauftrager, A= 0,1571 .262 HEB Durchlauftrager, A= 0,2727 .268 REB Durchlauftrager, A= 0,2500 .274 REB Durchlauftrager, A= 0,2308 .280 REB Durchlauftrager, A= 0,2143 .286 HEB Durchlauftrager, A= 0,1571 .292 x Formelzeichen Stiitzweite des Kranbahntragers a Abstand der beiden Kranrader mit maxR sowie minR = Verhiiltnis Radstand zu Tragerstiitzweite; <X a/I <p Schwingbeiwert in Abhiingigkeit von der Hubklasse des Krans f Kraftschlussbeiwert fUr die Seitenkraft beim Kranschraglauf ~ ErhOhungsfaktornach DIN 4132 ~ = 1,1 fUr f < 0,3 ~ = 1,0 fUr f = 0,3 'YM Teilsicherheitsbeiwert der Widerstiinde (Beanspruchbarkeit) Teilsicherheitsbeiwert der Einwirkungen (Lasten) Kombinationsbeiwert der Einwirkungen (Lasten) maxR groBte Kranradlast bei Krankatze mit Hublast in nachstmoglicher Stellung zum betrachteten Trager, ohne Schwingbeiwert minR kleinste Kranradlast bei Krankatze mit Hublast in entfemtester Stellung yom betrachteten Kranbahntrager RS,d 'YM-facher Bemessungswert der Radlast = = RS,d 'YM . RS,d 'YM ·'YF ·",·<p·maxR charakteristische Grenztragfiihigkeit des Kranbahntragers bei Beanspruchung durch vertikale Radlasten, Schraglauf und Eigengewicht Ausnutzungsgrad der Tragfahigkeit, Ergebnis des Tragsicherheitsnachweises RSd T1=-' RR,k S Seitenkraft am Spurkranz bei Kranschraglauf Hs seitliche Gegenkriifte in den Radaufstandsftachen bei der Korrektur des Kranschraglaufes HS,l am in Fahrtrichtung vorderen Rad mit minR HS,2 am in Fahrtrichtung vorderen Rad mit maxR S - HS,l = -HS,2 Gesamtseitenkraft am vorderen Rad mit minR Verhiiltnis des 'YM-fachen Bemessungswertes der horizontalen Seitenlast zu RS,d A = 'YM· 'YF . 'II. f . ~ . maxR = f . ~ RS,d <p v Horizontalverschiebung quer zur Tragerachse unter den charakteristischen Einwirkungen (Gebrauchslasten), GroBtwert an Schienenoberkante w GroBtwert der Vertikalverschiebung unter den charakteristischen Einwirkungen (Gebrauchslasten)
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