Kranbahnen. Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode. 4., vollständig überarbeitete Auflage. Prof. Dr.-lng. Christoph Seeßelberg

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1 Prof. Dr.-lng. Christoph Seeßelberg Kranbahnen Bemessung und konstruktive Gestaltung nach Eurocode 4., vollständig überarbeitete Auflage Beuth Verlag GmbH Berlin Wien Zürich

2 1 Einleitung Fördertechnik, Krane, Kranbahnen Besonderheiten von Kranbahnen Bauarten von Krananlagen Hängekatzen Schwenkkrane Brückenkrane Portalkrane und Halbportalkrane Konsolkrane Kabelkran Normen für Krane und Kranbahnen Eurocodes: Grenzzustände, Nachweise, Teilsicherheitsbeiwerte Widerstand Koordinatensystem Einwirkungen auf Krane und Kranbahnen Einwirkungen auf Kranbahnen und Lastgruppen nach EC Vertikale, veränderliche Lasten aus Kranbetrieb Horizontale, veränderliche Lasten aus Kranbetrieb Weitere veränderliche Einwirkungen nach EC Außergewöhnliche Einwirkungen Betrieb von mehreren Kranen gleichzeitig Einwirkungen auf Kranbahnen von Hängekranen und Laufkatzen Hubklassen, Schwingbeiwerte und Beanspruchungsklassen Hubklassen Schwingbeiwerte für den Kranbetrieb Beanspruchungsklassen (BK) Einstufung von Kranen nach F.E.M.-Richtlinie Einstufung von Kranen nach DIN und DIN Kranfahrwerksysteme Massenkräfte aus Antrieb nach EC Massenkräfte längs der Fahrtrichtung Massenkräfte längs und quer zur Fahrtrichtung Kräfte aus Schräglauf nach EC Seitenführungssysteme Grundlagen der Berechnung der Schräglaufkräfte Schräglaufkräfte Sund Hs,ij,T nach EC Schräglaufkräfte von zweiachsigen Kranen IFF Überlagerung von Schräglaufkräften und Masselasten Pufferkräfte nach EC Einwirkungen aus Erdbeben nach EC Einwirkungskombinationen (EK) EK Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) EK Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit (GZG) EK Grenzzustand der Ermüdung (GZE) Planung von Krananlagen und Konstruktion von Kranbahnträgern Planung von Brückenkrananlagen, Unfallverhütung Kranschienen IX

3 3.2.1 Schienenformen Auswahl der Schienenarten nach VDI-Richtlinie Befestigung der Schiene am Kranbahnträger, Schienenunterlagen Schienenstöße Verschleiß und Schäden an Schienen Zur Auswahl von Kranschiene und Laufrad Statisches System der Kranbahn Querschnitte von Kranbahnträgern Querschnittstypen Wahl der Stahlgüte Auflager Kranbahnträgerstöße Kranbahnstützen Aussteifung der Kranbahnen und ihrer Stützen Prüfungen von Kran und Kranbahnen Arten von Prüfungen, Prüfpersonal, Dokumentation Einmalige Prüfungen der Krananlage Wiederkehrende Prüfungen der Krananlage Prüfungen von Kranbahnen Anforderungen an Fertigung und Montage von Kranbahnträgern und Schienen Schnittgrößen von Kranbahnträgern aus Biegetragwirkung Schnittgrößen und ihre Darstellungsmöglichkeiten Schnittgrößen am Einfeldträger: Culmannsche Laststellung Herleitung Vorgehensweise bei zwei beliebigen Radlasten Vorgehensweise bei einer Gruppe aus n beliebigen Radlasten Grenzlinien am Einfeldträger Maximale Schnittgrößen bei mehrfeldrigen Kranbahnen Maximale Schnittgrößen und Auflagerkräfte von Mehrfeldträgern Einflusslinien von Zweifeldträgern mit gleichen Stützweiten Auflagerlasten aus Kranbahnträgern Querschnittsnachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) Schnittgrößen und Spannungen aus globaler Tragwirkung Spannungsberechnung mit Tragwirkungssplitting Schnittgrößen und Spannungen aus Torsion für I-Profile Querschnittswerte Doppeltsymmetrisches I-Profil mit Flachstahlschiene Einfachsymmetrisches I-Profil Vollplastische Momente für doppeltsymmetrisehe!-profile Querschnittsnachweise Querschnittsklassen, Querschnittswerte von Kranbahnträgern Querschnittsnachweis für Biegemomente Querkraftnachweis nach [3-l-li6.2.6] Interaktion Biegung My Querkraft V, [ ) Spannungsnachweise für Kranbahnträger Berechnung von Trägern mit Horizontal verband Lokale Nachweise im Grenzzustand der Tragfähigkeit (GZT) X

4 6.1 Lokale Beanspruchungen infolge örtlicher Radlastpressung Beanspruchungsarten aus Radlasteinleitung Radlastpressung Stegbiegung infolge exzentrischer Radlasteinleitung Beulnachweise nach EC l Allgemeines zum Beulen Beulnachweis des Stegblechs unter der Radlast als lokaler Nachweis Flanschinduziertes Stegblechbeulen Begrenzung des Stegblechatmens Beulnachweis der Druckflansche Stegbleche mit Längssteifen Stegbeulen im Auflagerbereich Software für den Beulnachweis Bauteilnachweis: Biegedrillknicken Einführung Ersatzstabverfahren Knickender Obergurt" Alternatives Ersatzstabverfahren nach EC 3-6, Anhang A Vorgehensweise beim Nachweis Vereinfachtes Verfahren nach Anhang A Schnittgrößenberechnung nach Wölbkrafttorsion Th. II. Ordnung Zur Notwendigkeit der Berücksichtigung der Wölbkrafttorsion Spannungsberechnung mit Stabwerksprogrammen BDK-Nachweis als Schnittgrößennachweis nach Wölbkrafttorsion Th. II Empfehlungen zur Auswahl des BDK-Nachweisverfahrens Nachweis der Verbindungsmittel von Kranbahnen Schraubenverbindungen an Kranbahnträgern Allgemeines zu Schweißnähten an Kranbahnträgern Schienenschweißnähte Unterbrochene oder durchlaufende Schienenschweißnähte? Druckkontakt bei Steghals- und Schienenkehlnähten? Berechnung und Nachweis der Spannungen in Schienenkehlnähten Versagensursachen von Schienenschweißnähten Steghalsnähte Gebrauchstauglichkeitsnachweis für Kranbahnen Grenzwerte für Verformungen und Verschiebungen Begrenzung vertikaler Verformungen nach [3-6/Tab.7.2] Begrenzung horizontaler Verformungen nach [3-6/Tab. 7.1] Schwingungen von Kranbahnen Berechnung der Durchbiegungen Berechnung vertikaler Durchbiegungen ~ Berechnung der horizontalen Durchbiegung ~ Abschätzung der Eigenfrequenzen Spannungsbegrenzung im GZG Begrenzung des Stegblechatmens im GZG Begrenzung der Schwingungen des Unterflansches im GZG Ermüdungsnachweis von Kranbahnträgern XI

5 10.1 Einführung Beanspruchung und Versagensvorgang Werkstoffkennwerte für die Ermüdung Die Entwicklung der Wöhlerlinie Lineare Schadensakkumulation nach Palmgren-Miner Wöhlerlinien nach EC Einflussgrößen auf die Ermüdungsfestigkeit von Bauteilen Kerbwirkung Werkstoffeinfluss Mittelspannungseinfluss Größeneinfluss Bausteine für den Ermüdungsnachweis Randbedingungen fürden Nachweis Klassierverfahren zur Ermittlung von Spannungskollektiven Schadensäquivalente Spannungsschwingbreite Nennspannungskonzept Zuverlässigkeitskonzept Ermüdungsnachweis nach EC 3-6 und EC Voraussetzungen für die Anwendbarkeit der Norm prüfen Teilsicherheitsbeiwerte festlegen Beanspruchungsklasse Si bestimmen Einwirkungskombinationen für den Ermüdungsnachweis bestimmen Berechnung der schadensäquivalenten Spannungsschwingbreite Bestimmung der Kerbfälle Ermüdungsnachweis für eine Kranbahn mit einem einzelnen Kran Nachweis der Radlasteinleitungsspannungen Nachweis für eine Kranbahn mit mehreren Kranbrücken Ermüdungsnachweis von Schrauben Beispiele für den Ermüdungsnachweis Ermüdungs gerecht konstruieren, fertigen und montieren Ermüdungsnachweise EC - EN - DIN im Vergleich Beispielrechnung Kranbahn nach Eurocode ß> Aufgabenstellung Lastannahmen und Einstufungen Schnittgrößen Querschnittswerte und vollplastische Schnittgrößen Allgemeine Querschnittswerte und Querschnittseinordnung Querschnittswerte des Obergurts (Oberflansch + 1/5 Steg) Vollplastische Schnittgrößen HEB 300 (/Mo= 1,0) Vollplastische Schnittgrößen HEB 300 (/Mi= 1,1) Querschnittsnachweise l Querschnittsnachweis - Biegemomente Querschnittsnachweis - Querkraftnachweis Alternativ: Spannungsnachweis obere Flanschecke Bauteilnachweis: Biegedrillknicken (BDK) Knickender Obergurt nach [3-6/ (1)] für EK Knickender Obergurt nach [3-6/ (1 )] für EK BDK-Nachweis nach [3-6/Anhang A] für EK BDK-Nachweis als Spannungsnachweis nach Th XII

6 Alternative: BDK-Nachweis als Schnittgrößennachweis nach Th Lokale Nachweise Lasteinleitungsspannungen Vergleichsspannungen an der Stegoberkante am Zwischenauflager Nachweis der Schienenschweißnaht Beulnachweise Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit l Vertikale Durchbiegung Horizontale Durchbiegung Stegblechatmen und Untergurtschwingungen - GZG Elastisches Verhalten Ermüdungsnachweis Grundlagen Einwirkungskombinationen Nachweise Oberkante Flansch, Schienenschweißnaht Oberflansch im Bereich der angeschweißten Quersteife Stegansatz im Feld Stegansatz am Zwischenauflager, Quersteifenanschluss Vergleich mit Bemessung nach DIN Kranbahnträger für Hängekrane und Laufkatzen Einwirkungen und Einwirkungskombinationen Einwirkungen Einwirkungskombinationen (EK) Nachweis der Tragfähigkeit des Unterflanschs l Tragfähigkeit im GZT Nachweis des Elastischen Verhaltens des Unterflanschs im GZG Weitere Berechnungen und Nachweise l Nachweise im GZT Nachweise im GZG Ermüdungsnachweise Berechnungsbeispiel 12-3 Katz bahn träger Einwirkungen und Einwirkungskombinationen Schnittgrößen an der Stelle x = 5,25 m (max My.Feld) Nachweis der Unterflanschtragfähigkeit im GZT, EK Nachweis elastisches Verhalten des Unterflanschs im GZG, EK Querschnittsnachweis im GZT, EK BDK-Nachweis nach [3-6/Anhang A]; GZT, EK! Beulnachweis im GZT Ermüdungsnachweis im GZE Nachweis der Durchbiegungen im GZG Konstruktive Details für Kranbahnträger von Hängekranen und Hängekatzen Querschnitte für Kranbahnträger Aufhängung Übergang bei Hängekranen Verstärkung eines freien Unterflanschendes Berechnung dünnwandiger Kastenträger Berechnung von Kastenträgern nach Schindler Konstruktion und Berechnung der Querschotte Xlll

7 14 Optimierung von Kranbahnträgerquerschnitten für Laufkrane Walzprofile als Kranbahnträger-Querschnitte Auswahl der Profilreihe Einflussgrößen auf die Bemessung von Kranbahnträger-Walzprofilen Schweißprofile I Optimierung Einfluss der Trägerhöhe auf die minimale Querschnittsfläche Einige Entwurfsregeln für einfachsymmetrische 1-Schweißprofile Schweißprofil oder Walzprofil? Winkel verstärkte Walzprofile Anhang A: Abkürzungsverzeichnis Anhang B: Häufig verwendete Formelzeichen Normen und Literatur Stichwortverzeichnis XIV