Nosturin vaikutus ratapalkkiin ja sen liitoksen mitoitukseen.

Abstract

Diplomityön tarkoituksena on selvittää nosturiradan ratapalkkiin kohdistuvat kuormitukset ja niiden vaikutukset ratapalkin ja kahden erilaisen liitoksen mitoitukseen. Tutkimus tehtiin, jotta sen perusteella voidaan nosturiratojen suunnittelijat tutustuttaa suunnittelussa tarvittaviin lähtötietovaatimuksiin, nosturikuormien laskentaperusteisiin, nosturiratojen laskentaohjelmien käyttöön, liitosalueen mitoituksen periaatteisiin, kuormien siirtymisperiaatteisiin ratapalkin ja pilarin välillä sekä muihin siltanostureiden suunnittelun erityispiirteisiin.

Kirjallisuuden avulla selvitetään nosturikuormien laskentaperusteet ja yleisesti käytetyt ratapalkkien liitosratkaisut. Kirjallisuustutkimuksen jälkeen lasketaan nosturikuormat standardin EN 1991-3 perusteella ja mitoitetaan ratapalkit Dlubal Craneway -ohjelmaa apuna käyttäen. Laskentaohjelman perusteella saadaan nosturin tukireaktion, joiden avulla tutkitaan liitoksen voimapolku ja liitoskomponenttien mitoitusperusteet. Ansys Mechanical 17.1 -ohjelmaa käyttäen tutkitaan kevyen nosturin tapauksessa vääntömomenttia ja siitä aiheutuvia jännityksiä konsolissa nosturin siirtyessä ratapalkin tukialueelta kenttään. Raskaan nosturin liitoksessa tutkitaan samalla ohjelmalla nosturin vaakasuuntaiseen liitokseen kohdistuvaa rasitusta pystysuuntaisen nosturikuorman vaikutuksesta. Nämä yhdistetään Craneway -ohjelman tuloksiin, ja lasketaan liitoskomponenttien rasitukset- ja kestävyydet. Murtorajatilamitoituksen lisäksi liitosten kestävyys lasketaan väsymisen suhteen ja verrataan raskaan nosturin liitoksen väsymiskestävyyttä vaihtoehtoiseen vaakakiinnittimeen, joka on käytössä sen asennuksen helppouden vuoksi. Lopuksi arvioidaan Dlubal RFEM- ja Craneway laskentaohjelman avulla rajaa jolloin kevyen nosturin liitoksesta tulisi siirtyä käyttämään raskaan nosturin liitosta.

Mikäli laskennassa ei ole käytössä yksityiskohtaisia tietoja nosturista, eurokoodin mukaan voidaan tehdä alustava nosturikuormien laskenta arvioidessa rakenteen kustannuksia, mutta nosturivalmistajan antamia kuormia tulee ensisijaisesti käyttää lopullisessa mitoituksessa. Nosturikuormien perusteella saadaan tehtyä luotettava eurokoodin mukainen mitoitus käyttäen Dlubal Craneway ohjelmaa nosturin ratapalkille ja tulosten oikeellisuus voidaan tarkistaa helposti. Rasitusten perusteella liitoksen voimapolku ja liitoskomponenttien kestävyys voidaan määrittää. Tavanomaisten nosturin tukireaktioiden lisäksi, raskaan nosturin vaakasuuntaiselle liitokselle aiheutuu rasituksia pystykuormasta. Rasitukset ovat merkittäviä ja ne tulee ottaa huomioon liitoskomponenttien suunnittelussa. Väsymisen vaikutus liitoksen kestävyydelle on merkittävä eikä sitä voida jättää huomioimatta. Kestävyys väsymisen suhteen on parempi liitoksella, joka ei pienen jäykkyytensä vuoksi pysty siirtämää muuta kuin akselinsa suuntaista kuormituksia. Kevyen nosturin liitoksessa väännön vaikutus konsolissa vaikuttaviin jännityksiin on merkittävä ja se tuleekin huomioida pystyrakenteen sekä konsolin liitoksen mitoituksessa. Kevyen nosturin liitostyyppiä voidaan käyttää tietyin rajoittein aina 100 tonnin nosturikuormaan saakka. Tässä tapauksessa rakennusrungon tulee olla jäykkä.

The purpose of the thesis is to find out the loads and their effects on the crane runway beams and the design of two types of joints. The study is conducted to make craneway designers familiar with output data requirements, the basis for calculating loads of the crane, using craneway calculation programs available, calculating principles of the connection area, knowing principles of load transver between the runway beam and colunm as well as other special design features of overhead cranes.

In this survey literature is used to find out the basis of calculating loadings caused by cranes and to find generally used joints between crane runway and column. After that loadings are calculated with the standard EN 1991-3 and craneway beams designed by using Dlubal craneway -software. Support reaction are taken from the program and with those the force path of joint and design of connection components are revealed. By using Ansys Mechanical 17.1 -software torsion and its effect on stresses of light weight cranes supporting console are explored in the case when crane moves away from support area. In the case of heavy weight crane the influence of vertical loadings to stresses of horizontal components are explored. These influences are added to previous forces and with the sum of those resistance of connection components are verified. In addition to ultimate limit state design the joints are also verified for fatigue and two different kind of joints are compared because of the easiness of installing the alternative joint. Finally, by using Dlubal RFEM- and Craneway software the boundary when designer should change the joint from light weight crane joint to heavy weight is estimated.

If there is no detailed information available about the crane Eurocode can be used for preliminary calculation of crane loadings assessing the cost of structure but loads provided by crane manufacturer should primarily be used in final calculations. With the load information given by crane manufacturer crane runway beams can be reliably designed with Dlubal Craneway -software according to Eurocode and the result can be easily checked. With the support forces of the crane the force path of joint area can be determined and the resistance of joint components can be verified. In addition to the usual crane support reactions the horizontal joint stresses caused by vertical load of the heavy crane must be taken account due to their significance. Impact of fatigue to the resistance of joint is significant and it cannot be ignored. Resistance for fatigue is better in joint which due to the stiffness cannot transfer other than axial loadings. In joints of the light crane the impact of torsion is significant and it must be taken account in the design of whole structure and its joint. The connection type of light crane can be used with certain limitation until the crane loading of 100 tons. In this case the frame structure supporting the crane must be rigid in respect of the crane.