Diese Arbeit befasst sich im Großen und Ganzen mit 3 wichtigen Themenkomplexen des Kranbaus.
Als erstes werden die Einwirkungen, deren Einstufung und Ermittlung sowie die Lastansätze erläutert und anhand von Beispielen bildlich dargestellt. Hierbei wird die bei der Erstellung der Diplomarbeit gültige Norm DIN 4132 als auch die in Zukunft gültige, vom Eurocode 1-5 abgeleitete deutsche Version, DIN 1055-10 berücksichtigt. Ein durchgängiges Beispiel, dass die gleichen Vorgaben beinhaltet, ermöglicht am Ende des ersten Themenkomplexes ein Vergleich der unterschiedlichen Einwirkungsnormen. Es zeigt sich, dass diese verschiedenen Einwirkungsansätze an der einen oder anderen Stelle beträchtliche Ausmaße in der Bemessung des Kranbahnträgers annehmen können.
Der zweite Themenkomplex dieser Diplomarbeit beschreibt die Stabilitätsnachweise von Kranbahnträgern. Die möglichen Nachweisformen (Obergurt als Druckstab mit einachsiger Biegung und Normalkraft, Ersatzstabverfahren nach Gl. 30 DIN 18800, Spannungsnachweis nach Theorie II. Ordnung) für die Stabilität der Kranbahnträger werden beschrieben und anhand von Beispielen erläutert. Auch hier wird ein durchgängiges Beispiel, mit gleichen Vorgaben herangezogen, um letztendlich einen Vergleich der Stabilitätsnachweise aufstellen zu können. Eine Parameterstudie und eine Vielzahl von berechneten Kranbahnträgern ermöglichte am Ende eine genaue Evaluation der möglichen Stabilitätsnachweise. Die Parameter bestanden unter anderem aus den verschiedenen Einwirkungsnormen (DIN 4132, DIN 1055-10), dem statischen System (Einfeldträger, Zweifeldträger), dem Profiltyp (HEA, HEB, HEM) und dem Profilquerschnitt (Profil ohne/mit Schiene, Profil mit Schiene und Verstärkungswinkel).
Um letztendlich einen ganzheitlichen Überblick über die Bemessung und Konstruktion von Kranbahnträgern zu bekommen, beinhaltet der dritte Themenkomplex dieser Diplomarbeit zwei verschiedene Beispiele, die wiederum von gleichen Vorgaben ausgehen. Lediglich die geführten Nachweise werden in den Beispielen variiert. Das erste Beispiel hat die zum Zeitpunkt der Verfassung der Diplomarbeit gültige Norm DIN 4132 als Grundlage und das zweite Beispiel besitzt als Grundlage für die Nachweise die in Zukunft gültigen Normen EC 1-5 (DIN 1055-10) und EC 3-6. Die geführten Nachweise umfassen unter anderem den Allgemeinen Spannungsnachweis, den Biegedrillknicknachweis, lokale Nachweise (Radlasteinleitung am Obergurt, Vergleichsspannungsnachweise am Stegansatz, Nachweis der Schienenschweißnaht), Beulnachweis, Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit sowie den Betriebsfestigkeitsnachweis. Ein Vergleich der unterschiedlichen Bemessungsnormen wurde hier auch erstellt.
Inhaltsverzeichnis
1 Einwirkungen auf Kranbahnen (Allgemein)
1.1 Massenkräfte aus Antrieb nach DIN 15018-1
1.1.1 Kranfahrwerkssysteme
1.1.2 Massenkräfte längs der Fahrbahn
1.1.3 Massenkräfte quer zur Fahrtrichtung
1.2 Schräglaufkräfte
1.2.1 Seitenführungssysteme
1.2.2 Schräglaufkräfte S und HS ,i, j nach DIN 15018-1
2 Einwirkungen nach DIN 4132
2.1 Schwingbeiwert
2.2 Einwirkungen auf die Kranbahn
2.2.1 Ständige Einwirkungen Gk
2.2.2 Veränderliche Einwirkungen Qk
2.2.2.1 Vertikale veränderliche Einwirkungen
2.2.2.2 Horizontal veränderliche Einwirkungen
2.2.3 Außergewöhnliche Einwirkungen FA,k
2.3 Mehrere Veränderliche Einwirkungen
2.3.1 Mehrere Krane auf einer Kranbahn
2.3.2 Mehrere Krane in einem Hallenschiff auf unterschiedlichen Kranbahnen
2.3.3 Mehrere Krane in unterschiedlichen Hallenschiffen einer Halle
2.4 Einwirkungskombinationen nach DIN 18800
2.4.1 Einwirkungskombinationen für den Nachweis gegen Biegedrillknicken, Beulnachweis und den Allgemeinen Spannungsnachweis.
2.4.2 Einwirkungskombinationen für den Betriebsfestigkeitsnachweis
2.4.3 Einwirkungskombination für den Gebrauchstauglichkeitsnachweis
3 Einwirkungen nach DIN 1055-10
3.1 Schwingbeiwerte
3.2 Einwirkungen auf die Kranbahn
3.2.1 Ständige Einwirkungen Gk
3.2.2 Veränderliche Einwirkungen Qk
3.2.2.1 Vertikale veränderliche Einwirkungen
3.2.2.2 Horizontal veränderliche Einwirkungen
3.2.3 Außergewöhnliche Einwirkungen FA,k
3.3 Mehrere veränderliche Einwirkungen
3.4 Einwirkungskombinationen nach DIN 1055-10
3.4.1 Einwirkungskombinationen für den Nachweis gegen Biegedrillknicken, Beulnachweis und den Allgemeinen Spannungsnachweis
3.4.2 Einwirkungskombinationen für den Ermüdungsnachweis
3.5 Vergleich der Einwirkungen mit DIN 4132
4 Stabilitätsnachweise
4.1 Einführung
4.2 Biegedrillknicknachweis als Nachweis des Obergurtes gegen Biegeknicken
4.3 Biegedrillknicknachweis nach Ersatzstabverfahren Gleichung 30
4.3.1 Berechnung des Wölbbimoments Mw
4.3.2 Bestimmung des zusätzlichen Querbiegemoments Mz,d
4.3.3 Berechnung des idealen Biegedrillknickmomentes Mki, y
4.4 Biegedrillknicknachweis als Spannungsnachweis nach Theorie II. Ordnung
5 Vergleich und Auswertung der unterschiedlichen Stabilitätsnachweise und Berechnungsergebnisse
5.1 Berechnungsergebnisse der Stabilitätsnachweise
5.2 Bewertung der Vergleichsrechnungen
6 Beispielrechnung: Konstruktion und Bemessung einer Kranbahn nach DIN 4132
6.1 Bemessungswerte der Einwirkungen
6.2 Schnittgrößen der Einwirkungskombinationen
6.3 Querschnittswerte und vollplastische Schnittgrößen
6.3.1 Allgemeine Querschnittswerte nach Dlubal DUENQ 6
6.3.2 Querschnittswerte des Obergurtes (Schiene + Oberflansch + Verstärkungswinkel)
6.3.3 Vollplastische Schnittgrößen
6.4 Allgemeiner Spannungsnachweis
6.5 Biegedrillknicknachweis
6.5.1 Nachweis des Obergurtes gegen Biegeknicken, siehe Abschnitt 4.2
6.5.2 Biegedrillknicknachweis nach Ersatzstabverfahren, siehe Abschnitt 4.3
6.5.3 Biegedrillknicknachweis als Spannungsnachweis nach Theorie II. Ordnung
6.6 Lokale Nachweise
6.6.1 Radlasteinleitung am Obergurt
6.6.2 Vergleichsspannungsnachweis am Stegansatz
6.6.3 Nachweis der Schienenschweißnaht
6.7 Beulnachweise
6.7.1 Beulnachweis des Stegblechs unter der Radlast
6.7.2 Beulnachweis der Druckflansche
6.8 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
6.8.1 Vertikale Durchbiegung
6.8.2 Horizontale Durchbiegung
6.9 Betriebsfestigkeitsnachweis
7 Beispielrechnung: Konstruktion und Bemessung einer Kranbahn nach Eurocode
7.1 Charakteristische Einwirkungen und Lastannahmen
7.2 Bemessungswerte der Schnittgrößen
7.3 Querschnittswerte und vollplastische Schnittgrößen
7.3.1 Allgemeine Querschnittswerte nach Dlubal DUENQ6
7.3.2 Querschnittswerte des Obergurtes (Schiene + Oberflansch + Verstärkungswinkel)
7.3.3 Vollplastische Schnittgrößen
7.4 Querschnittsnachweise
7.4.1 Spannungsnachweis obere Flanschecke (Tragwirkungssplitting)
7.4.2 Spannungsnachweis Schienenoberkante
7.4.3 Spannungsnachweis Untergurt
7.4.4 Querkraftnachweis
7.5 Lokale Nachweise
7.5.1 Lasteinleitungsspannungen
7.5.2 Vergleichsspannungsnachweis an der Stegoberkante bei maxVz
7.6 Biegedrillknicknachweis
7.6.1 Vereinfachtes Verfahren nach EC 3-6, Anhang C für EK 1 (knickender Obergurt)
7.6.2 Vereinfachtes Verfahren nach EC 3-6, Anhang C für EK 5 (knickender Obergurt)
7.6.3 Biegedrillknicknachweis als Spannungsnachweis nach Theorie II. Ordnung
7.7 Beulnachweise
7.7.1 Beulnachweis des Stegblechs unter der Radlast (EK 1)
7.7.2 Durch Flansche induziertes Beulen
7.7.3 Beulnachweis der Druckflansche
7.8 Grenzzustand der Gebrauchstauglichkeit
7.8.1 Vertikale Durchbiegung
7.8.2 Horizontale Durchbiegung
7.8.3 Stegblechatmen und Untergurtschwingen
7.9 Betriebsfestigkeitsnachweis
7.9.1 Nachweisstellen und Radlasten
7.9.2 Nachweis Schnitt 1-1: Schienenoberkante
7.9.2.1 Normalspannungen an der Schienenoberkante bei maximalen Feldmoment
7.9.3 Nachweis Schnitt 2-2: Schienenschweißnaht, Oberkante Flansch
7.9.3.1 Normalspannungen an der Flanschoberkante bei maximalen Feldmoment
7.9.3.2 Lasteinleitungsspannungen Schienenschweißnaht
7.9.4 Nachweis Schnitt 3-3: Oberflansch und angeschweißte Quersteife am Zwischenauflager
7.9.5 Nachweis Schnitt 4-4: Übergang Walzradius – Steg an der Stelle des maximalen Feldmoments
7.9.5.1 x aus globaler Tragwirkung
7.9.5.2 Exzentrische Radlastpressung z,Ed T ,Ed am Übergang Walzradius – Steg
7.9.5.3 Schubspannungen xz,Ed ,glob xz,Ed ,lok an der Stelle des maximalen Feldmomentes
7.9.5.4 Interkation für Schnitt 4-4 an der Stelle des maximalen Feldmoments
7.9.6 Nachweis Schnitt 4-4: Übergang Walzradius – Steg am Zwischenauflager
7.9.6.1 x aus Globaler Tragwirkung
7.9.6.2 Schubspannungen xz,Ed ,glob und xz,Ed ,lok
7.9.6.3 Interkation für Schnitt 4-4 Zwischenauflager
8 Vergleich der Bemessung von DIN 4132 und EC 3-6
Zielsetzung & Themen
Diese Diplomarbeit zielt darauf ab, die Stabilitätsnachweise von Kranbahnträgern zu analysieren und ein ganzheitliches Verständnis für deren Bemessung und Konstruktion zu vermitteln. Ein besonderes Augenmerk liegt dabei auf dem Vergleich zwischen den derzeit gültigen Normen nach DIN 4132 und den zukünftigen Anforderungen nach dem Eurocode (EC 3-6 und DIN 1055-10).
- Vergleich und Evaluation verschiedener Stabilitätsnachweisverfahren (Druckstabnachweis, Ersatzstabverfahren, Theorie II. Ordnung).
- Analyse der unterschiedlichen Einwirkungsansätze nach DIN 4132 und DIN 1055-10.
- Durchführung von Parameterstudien zur Untersuchung von Einflüssen durch Krantypen, statische Systeme, Spannweiten und Profiltypen.
- Wirtschaftliche Bewertung der Bemessungsansätze durch Vergleichsrechnungen.
- Konstruktive Umsetzung in Beispielrechnungen nach DIN 4132 und Eurocode.
Auszug aus dem Buch
4.1 Einführung
Als „Biegedrillknicken“ (BDK) bezeichnet man das Instabilwerden eines Stabes bei gleichzeitiger Verbiegung und Verdrehung der Stabachse. Bei den in Abschnitt 1, 2 und 3 aufgezählten Einwirkungen kommt es bei Kranbahnträgern grundsätzlich zu zweiachsiger Biegung mit Torsion. Die vertikale Radlast R erhöht bei „imperfekten“ Systemen das vorhandene Torsionsmoment |MT| = Hd · ez + Rd · ey (Abbildung 4-1). Der Biegedrillknicknachweis ist in diesem Fall weniger als Stabilitätsproblem, sondern als Spannungsproblem nach Theorie II. Ordnung zu verstehen. Dieser Effekt ist bei Kranbahnträgern stets zu berücksichtigen. Das Versagen des Trägers infolge BDK tritt auf dem stärker belasteten Kranbahnträger auf. Der weniger belastete Träger, bleibt somit noch in seiner Ausgangslage. Ein zusätzlicher Stabilisierungseffekt des zweiten, weniger belasteten Trägers, wird aber bei allen Berechnungen nicht angesetzt. Hier müsste man einerseits prüfen, ob die Stabilisierungskräfte überhaupt zwischen Kranbahnträger 1 – Rad/Schiene – Kranbrücke – Kranbahnträger 2 übertragen werden können, und andererseits gibt es den isoliert betrachteten Berechnungen, einen kleinen zusätzlichen Sicherheitsspielraum. Denn in der Realität ist es so, dass der weniger belastete Kranbahnträger zur Stabilisierung des stark belasteten Trägers beiträgt.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einwirkungen auf Kranbahnen (Allgemein): Einführung in die Grundlagen der Einwirkungen aus Kranbetrieb, einschließlich Massenkräfte aus Antrieb und Schräglauf.
2 Einwirkungen nach DIN 4132: Detaillierte Darstellung der Einwirkungsermittlung nach der aktuell gültigen Norm DIN 4132 inklusive Schwingbeiwerten und Lastkombinationen.
3 Einwirkungen nach DIN 1055-10: Analyse der Einwirkungen nach der zukünftigen Norm DIN 1055-10 und Vergleich der Systematik mit DIN 4132.
4 Stabilitätsnachweise: Kernkapitel zur Vorstellung der Verfahren für den Stabilitätsnachweis, unterteilt in Druckstabnachweis, Ersatzstabverfahren und Theorie II. Ordnung.
5 Vergleich und Auswertung der unterschiedlichen Stabilitätsnachweise und Berechnungsergebnisse: Zusammenfassende Bewertung der verschiedenen Nachweisverfahren hinsichtlich Genauigkeit und Wirtschaftlichkeit.
6 Beispielrechnung: Konstruktion und Bemessung einer Kranbahn nach DIN 4132: Vollständige praktische Anwendung der Bemessungsregeln nach DIN 4132 an einem konkreten Beispiel.
7 Beispielrechnung: Konstruktion und Bemessung einer Kranbahn nach Eurocode: Praktische Anwendung der zukünftigen Bemessungsregeln nach Eurocode zur Verdeutlichung der Unterschiede gegenüber der DIN 4132.
8 Vergleich der Bemessung von DIN 4132 und EC 3-6: Abschließende Gegenüberstellung der Ergebnisse und Auslastungen nach beiden Normenkonzepten.
Schlüsselwörter
Kranbahnträger, Stabilitätsnachweis, Biegedrillknicken, DIN 4132, Eurocode, Einwirkungskombinationen, Ersatzstabverfahren, Theorie II. Ordnung, Massenkräfte, Schräglaufkräfte, Radlasten, Spannungsnachweis, Stahlbau, Bemessung, Krantechnik.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Diplomarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit befasst sich mit den Stabilitätsnachweisen von Kranbahnträgern und vergleicht die derzeit gültigen Normen (DIN 4132) mit dem zukünftigen europäischen Normenkonzept (Eurocode / DIN 1055-10).
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Die zentralen Themen sind die Ermittlung von Einwirkungen aus dem Kranbetrieb, verschiedene Nachweisverfahren für Stabilität (Biegedrillknicken) sowie die wirtschaftliche Bemessung und Konstruktion von Kranbahnträgern.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Ziel der Arbeit ist es, einen ganzheitlichen Überblick über die Bemessung von Kranbahnträgern zu geben und durch Vergleichsrechnungen zu untersuchen, wie sich der Wechsel auf die neuen Eurocode-Normen auf die Wirtschaftlichkeit und Tragfähigkeit auswirkt.
Welche wissenschaftlichen Methoden werden verwendet?
Die Arbeit nutzt theoretische Herleitungen, Parameterstudien mittels spezieller Berechnungssoftware (Excel, S9, Dlubal) sowie praxisnahe Beispielrechnungen, um die theoretischen Ansätze zu verifizieren.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden sowohl die theoretischen Grundlagen der Stabilitätsnachweise erläutert als auch detaillierte Beispielrechnungen nach DIN 4132 und Eurocode durchgeführt, inklusive der Ermittlung von Schnittgrößen und Spannungsnachweisen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren diese Arbeit?
Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Kranbahnträger, Stabilitätsnachweis, Biegedrillknicken, DIN 4132, Eurocode, Einwirkungen und Stahlbau charakterisieren.
Wie beeinflusst die Wahl des Fahrwerkstyps (E- oder W-Achse) die Einwirkungen?
Die Wahl des Achstyps bestimmt die Art der Kraftübertragung. Während beim Einzelradantrieb (Typ E) hohe lokale Spurführungskräfte entstehen können, führt der drehzahlgekoppelte Antrieb (Typ W) zu anderen Verteilungen der Massenkräfte, was die Schnittgrößen im Kranbahnträger maßgeblich beeinflusst.
Führt der Übergang zur DIN 1055-10 immer zu einer wirtschaftlicheren Bemessung?
Nein, nicht zwingend. Obwohl die Lastansätze nach DIN 1055-10 oft geringere Einwirkungen liefern, können strengere Anforderungen an andere Nachweise (z.B. Beulnachweis des Stegblechs) dazu führen, dass ein größeres Profil gewählt werden muss, wodurch die theoretische Wirtschaftlichkeit zunichte gemacht werden kann.
- Citation du texte
- Dipl.-Ing. (FH), Bauingenieur Axel Gehring (Auteur), 2006, Stabilitätsnachweise von Kranbahnträgern, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/186181
