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Calcul des chemins de roulement

Que sont des chemins de roulement de pont roulant ?

Différents types de ponts roulant

Photo d'un pont roulant posé pont roulant posé
Photo d'un pont roulant suspendu pont roulant suspendu
Photo d'un palan avec chariot monorail palan avec chariot monorail
La principale différence entre les configurations de ces appareils de levage est la charge maximale d'utilisation (CMU); voir aussi «point de levage».
D'après les catalogues commerciaux des fournisseurs de ponts roulants, il est généralement constaté que : Quelques uns des fournisseurs de ponts roulants :
ABUS, FAYAT ADC, GH cranes & components, HADEF, KONECRANES, OMIS, SMAK, VERLINDE, ... Votre entreprise n'est pas la liste ? Contactez-nous pour l'ajouter.

Différents types de chemins de roulement

Photo de profilés du commerce profilés du commerce
Dessin d'un profilé renforcé renforcés par des cornières
pour pont posé seulement !
Photo d'un profilé reconstitué soudé profilés reconstitués soudés
Les chemins de roulement de pont roulant peuvent être fixés aux portiques principaux du bâtiment ou montés sur des poteaux indépendants.

Comment calculer des chemins de roulement de pont roulant ?

Etape 1 - Calcul des chargements selon EN 1991-3

Extrait de la norme §2.2.1 Classifications des actions - Généralités

(1)P Les actions induites par des appareils de levage sont classées comme actions variables et actions accidentelles.

Extrait de la norme §2.2.2 Classifications des actions - Actions variables

(1) Dans des conditions normales de service, les actions variables induites par les appareils de levage résultent de variations dans le temps et dans l'emplacement. Elles comprennent les charges dues à la pesanteur, y compris les masses à lever, les forces d'inertie dues aux accélérations et décélérations, ainsi qu'à la marche en crabe et aux autres effets dynamiques.
(2) Il convient de diviser les actions variables induites par les appareils de levage en :
  • actions variables verticales dues au poids propre de l'appareil de levage et à la masse à lever;
  • actions variables horizontales dues aux accélérations ou décélérations, ou à la marche en crabe ou à d'autres effets dynamiques.
(3) Les diverses valeurs représentatives des actions variables induites par les appareils de levage sont des valeurs caractéristiques constituées par une composante statique et une composante dynamique.
(4) Les composantes dynamiques induites par une vibration due aux forces d'inertie et aux forces d'amortissement sont généralement prises en compte par des coefficients dynamiques φ appliqués aux composantes statiques. (2.1)
où :
  • Fφ,k est la valeur caractéristique d'une action induite par un appareil de levage ;
  • φi est le coefficient dynamique, voir Tableau 2.1 ;
  • Fk est la composante statique caractéristique d'une action induite par un appareil de levage.
(5) Le tableau 2.1 donne les différents coefficients dynamiques et leurs emplois.
(6) La simultanéité des composantes de charges de l'appareil de levage peut être prise en compte en considérant des groupes de charges comme indiqué dans le Tableau 2.2. Il convient de considérer que chacun de ces groupes de charges définit une action caractéristique induite par l'appareil de levage pour la combinaison avec des charges autres que celles induites par l'appareil de levage.
NOTE : Le groupement implique qu'une seule action horizontale induite par l'appareil de levage soit prise en compte à la fois.
Tableau 2.1 Coefficients dynamiques φi
Coefficients dynamiques Effets à prendre en compte À appliquer à
φ1 Excitation de la structure de l'appareil de levage due au décollage de la masse à lever du sol poids propre de l'appareil de levage
φ2 Effets dynamiques du transfert de la masse à lever du sol à l'appareil de levage masse à lever
φ3 Effets dynamiques d'une libération brutale de la charge utile, par exemple en cas d'utilisation d'un grappin ou d'un aimant masse à lever
φ4 Effets dynamiques induits par le déplacement de l'appareil de levage sur des rails ou des chemins de roulement poids propre de l'appareil de levage et de la masse à lever
φ5 Effets dynamiques provoqués par des forces d'entraînement forces d'entraînement
φ6 Effets dynamiques d'une charge d'essai mue par les systèmes d'entraînement suivant le mode d'utilisation de l'appareil de levage charge d'essai
φ7 Effets élastiques dynamiques de l'impact sur les tampons charges des tampons
Tableau 2.2 Groupes des charges et des coefficients dynamiques à considérer comme une action caractéristique de l'appareil de levage
Symbole Paragraphe Groupes de charges
État Limite Ultime Charge d'essai Accidentelle
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
1 Poids propre de l'appareil de levage Qc 2.6 φ1 φ1 1 φ4 φ4 φ4 1 φ1 1 1
2 Masse à lever Qh 2.6 φ2 φ3 - φ4 φ4 φ4 η(1) - 1 1
3 Accélération de la poutre du pont HL, HT 2.7 φ5 φ5 φ5 φ5 - - - φ5 - -
4 Marche en crabe de la poutre du pont HS 2.7 - - - - 1 - - - - -
5 Accélération ou freinage du chariot ou du palan avec chariot HT3 2.7 - - - - - 1 - - - -
6 Vent en service Fw Annexe A 1 1 1 1 1 - - 1 - -
7 Charge d'essai QT 2.10 - - - - - - - φ6 - -
8 Force de tamponnement HB 2.11 - - - - - - - - φ7 -
9 Force de basculement HTA 2.11 - - - - - - - - - 1
1 η est la part relative de la masse à lever qui reste après avoir enlevé la charge utile, mais qui n'est pas incluse dans le poids propre de l'appareil de levage.

Etape 2 - Analyse mécanique itérative

Chacune des positions longitudinales (le long du chemin de roulement) et transversales (roues décalées ou en biais par rapport à l'axe du rail) du pont roulant doit être analysée pour détecter les efforts et déformations maximales.
Nous avons développé un solveur mécanique spécifique pour faire exactement ce travail.

Etape 3 - États Limites de Service selon EN 1993-6

Quatre critères principaux doivent être vérifiés, les valeurs limites de : Certains autres critères devront peut-être être vérifiés.

Etape 4 - États Limites Ultimes selon EN 1993-6

Pour un pont roulant posé :

Extraits de résultats donnés par le logiciel

Voir les fonctionnalités de Crane Runways
Disponible en anglais/français, sinon «Google Translate»!
B2 - Géométrie de la voie et paramètres de la section B21 - Elément de voie de roulement
raidisseur sur appui raidisseur sur appui 6.0m
B22 - Section transversale
Nuance d'acier minimale des éléments : S275 (fy = 275 MPa, E = 210000 MPa)
Section de la voie de roulement : HEA300
Section du rail de roulement : 40x30 (le rail est soudé sur la voie de roulement et l'usure du rail de 25 % est prise en compte dans les calculs des caractéristiques.)
Travee 1 Caractéristiques mécaniques :
  • Aire : A=121.5 cm2
  • Aires cisaillées :
    • sur z-z : : Asz=37.3 cm2
    • semelle haute sur y-y : Asy,top=42.0 cm2
    • semelle basse sur y-y : Asy,bot=42.0 cm2
  • Moments quadratiques de la section :
    • autour de y-y : Iy=20301.8 cm4 (avec : : zG = 15.7cm)
    • semelle haute autour de z-z Iz=3166.2 cm4
    • semelle basse autour de z-z : Iz=3154.2 cm4
  • Moment d'inertie de flexion, selon son axe neutre horizontal, de la section transversale combinée comprenant le rail et une semelle d'une largeur efficace beff : Irf=21.8 cm4
  • Moment d'inertie de torsion de la semelle (rail compris si celui-ci est fixé de façon rigide) : It=75.4 cm4

F1 - États Limites Ultimes F11 - Contraintes et critère de Von Mises §6.2
EN1993-1-1 (6.1)
semelle haute haut âme semelle basse milieu semelles
Travée droite dessus gauche dessus droite dessous gauche dessous droite gauche droite dessus gauche dessus droite dessous gauche dessous dessus dessous
1 195.4MPa 181.8MPa 187.9MPa 174.7MPa 61.4MPa 130.3MPa 108.4MPa 108.4MPa 116.8MPa 116.8MPa 81.7MPa 95.7MPa
Tableau F11.a - Critères maximaux de Von Mises par travée pour chacun des douze points de contrôle.
semelle haute haut âme semelle basse milieu semelles
Travée droite dessus gauche dessus droite dessous gauche dessous droite gauche droite dessus gauche dessus droite dessous gauche dessous dessus dessous
1 0.711 0.661 0.683 0.635 0.223 0.474 0.394 0.394 0.425 0.425 0.297 0.348
Tableau F11.b - Taux maximaux de Von Mises par travée pour chacun des douze points de contrôle.
F12 - Flambement latéral des semelles §6.3
EN1993-1-1 (6.60 + 6.61)
F121 - Semelle haute
Travée NEd Mz,Ed kc Lcr,z λf Ncr,z kfl χz Cm,z kzz Ratio Position section Position pont
1 395.6kN 26.1m.kN 0.86 5.16m 0.808 2464.7kN 1.081 0.657 0.969 1.094 0.837 2.7m 2.7m
Tableau F121 - Taux maximaux de flambement par travée pour la semelle haute.
F13 - Flambement local (voilement) §6.6 F131 - Voilement des semelles EN1993-1-5 §4
EN1993-1-5 (4.14)
semelle haute
Travée My Wel,y Ratio Position section Position pont
1 124.1m.kN 1699.9cm3 0.266 3.6m 0.9m
Tableau F131 - Taux maximaux de voilement par travée pour chacune des semelles.
F132 - Voilement de l'âme sous effort tranchant EN1993-1-5 §5
EN1993-1-5 (5.10)
Travée kτ hw/tw limmax σE τcr λrel,w χw Ratio Position section Position pont
1 5.348 30.824 66.269 hw/tw < limmax : La vérification n'est pas nécessaire
Tableau F132 - Taux maximaux de voilement par travée pour l'âme sous effort tranchant.
F133 - Voilement de l'âme sous charge concentrée EN1993-1-5 §6
EN1993-1-5 (6.14)
Travée FEd; ss Fcr λrel,F χF L;eff Ratio Position section Position pont
1 65.9kN 0.127m 2659.8kN 0.544 0.919 0.31m 0.091 3.3m 0.6m
Tableau F133 - Taux maximaux de voilement par travée pour la partie haute de l'âme sous charge concentrée.
F134 - interactions EN1993-1-5 §7
EN1993-1-5 (7.2)
Travée η2 η1 Ratio Position section Position pont
1 0.091 0.266 0.303 3.6m 0.9m
Tableau F134.a - Taux maximaux d'interaction de voilement par travée sous charge concentrée.
si EN1993-1-5 (7.1)
semelle haute semelle basse
Travée η3 Wf,Rd Wpl,Rd η1 Ratio Position section Position pont η1 Ratio Position section Position pont
1 0.0 η3 ≤ 0.5 : La vérification n'est pas nécessaire
Tableau F134.b - Taux maximaux d'interaction de voilement par travée sous effort tranchant.
F2 - États Limites de Service
  • Valeurs limites des flèches horizontales (EN1993-6 7.1) : L/600
  • Valeurs limites des flèches verticales (EN1993-6 7.2) : L/600
  • Valeurs limites pour la respiration d'âme (EN1993-6 §7.4(3)) : b/tw < 120
  • Valeurs limites pour la vibration de la semelle inférieure (EN1993-6 §7.6(2)) : Lf / if,z ⩽ 250
ELSz ELSy Respiration d'âme Vibration de la semelle inférieure
Travée Abscisse Ratio Abscisse Ratio Ratio Ratio
1 3.0m 0.799 3.0m 0.798 0.257 0.301
Tableau F2 - Taux maximaux ELS et positions associées par travée pour chaque axe.
F3 - Conclusion
Taux de travail maximum : 83.7%, la section est correcte.