7/21/2019 Aula 16.1-Rev.03 http://slidepdf.com/reader/full/aula-161-rev03 1/23 FACENS MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE DE CARGAS AULA 16 PROF. RONALDO A. OLIVA DATA: 19/08/05 ROTEIRO DE CÁLCULO PARA AS VIGAS PRINCIPAIS DA PONTE ROLANTE A verificação da viga é feita em sua seção central, onde predomina as tensões de flexão e em sua extremidade onde predomina as tensões devido à cortante. São analisados os três casos de solicitação { Casos I, II (quando aplicável) e III }. No caso III analisa-se a solicitação devido ao choque contra o batente dos pára-choques e os ensaios dinâmico e estático. O programa além de verificar as tensões na viga, também define a necessidade, bem como as dimensões do seguintes reforçadores: - Reforçadores longitudinais da aba e alma ( dimensões conforme DIN 4114 ). - Espessura do diafragma transversais. As tensões admissíveis para o material considerado ( ASTM - A36 ) seguem as recomendação dos seguintes itens da NBR-8400. - Limite elástico: conforme tabela 12 página 27. - Flambagem de placas ( tensões admissíveis à compressão ): conforme anexo F aplicando-se os coeficientes de segurança conforme tabela 16.
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FACENS MÁQUINAS DE ELEVAÇÃO E TRANSPORTE DE CARGAS AULA 16PROF. RONALDO A. OLIVA DATA: 19/08/05
ROTEIRO DE CÁLCULO PARA AS VIGAS PRINCIPAIS DA PONTE ROLANTE
A verificação da viga é feita em sua seção central, onde predomina as tensões de flexão
e em sua extremidade onde predomina as tensões devido à cortante.
São analisados os três casos de solicitação { Casos I, II (quando aplicável) e III }. No caso IIIanalisa-se a solicitação devido ao choque contra o batente dos pára-choques e os ensaiosdinâmico e estático.
O programa além de verificar as tensões na viga, também define a necessidade, bem comoas dimensões do seguintes reforçadores:
- Reforçadores longitudinais da aba e alma ( dimensões conforme DIN 4114 ). - Espessura do diafragma transversais.
As tensões admissíveis para o material considerado ( ASTM - A36 ) seguem asrecomendação dos seguintes itens da NBR-8400.
- Limite elástico: conforme tabela 12 página 27. - Flambagem de placas ( tensões admissíveis à compressão ): conforme anexo F aplicando-se os coeficientes de segurança conforme tabela 16.
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I - ETAPA DE PRÉ SELEÇÃO
1.0 - Pré seleção do perfil da viga principal da Ponte Rolante:
R2 d R1 Onde: R1 = R2, Reação máx. na roda do carro ( kgf ).
L
1.1 - Flecha admissivel - fadm:
fadm " L / C
- L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - C = Para Pontes Rolantes Industriais: 800 - C = Para Pontes Rolantes Siderúrgicas: 1000 - C = Para Pontes Rolantes Excepcionais: 1200
fadm " R1 x ( L - d ) x [ 3 x L^2 - ( L - d )^2 ] 48 x E x Jx
- R1 = Reação máxima na roda do carro: ( kgf ) - d = Distância entre rodas do carro: ( cm ) - E = Módulo de elásticidade do aço: ( kgf / cm^2 )
1.2 - Momento de Inércia da viga principal - Jxx:
Jx " R1 x ( L - d ) x [ 3 x L^2 - ( L - d )^2 ] x C ( cm^4 ) 48 x E x L
Utilizaremos Jx para pré selecionar a viga caixão na tabela:
Jxx = 1,5 x Jx ( cm^4 )
VCN = Número da viga tabelada adotada:Jxx = Momento de Inércia da viga principal adotada: ( cm^4 )
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3.2 - Cargas provenientes da frenagem da ponte ( ap / g ):
- ap = ( Aceleração ponte ) = Vtrans. / ta.p: ( m / seg^2 ) - Vtrans. = Veloc. de transl. da ponte: ( m / seg )
- ta.p = 6,488 x ( Vtrans. )^0,5125 ( seg ) - g = Aceleração gravidade: 9,8 ( m / seg^2 )
- ap / g = Vtrans. / ta.p x g
3.3 - Cargas devido ao vento:
Nota: Não se aplica, equipamento trabalhando em ambinte coberto sem vento.
3.4 - Cargas devido ao choque contra batente:
3.4.1 - Energia cinética devido ao choque:
U1 = ( Qo + Qc + Qp ) x ( 0,7 x Vtrans. )^2 ( Nm )2
- Qo = Peso do acessório: ( kg ) - Qc = Peso próprio do carro: ( kg ) - Qp = Peso próprio da ponte: ( kg ) ( 1,2 x 2 x P/m x L / 100 ) - Vtrans. = Veloc. de transl. da ponte: ( m / seg )
3.4.2 - Energia devido a deflexão da mola dos pára-choques:
U2 = Fpc x $ = [ ( Qo + Qc + Qp ) x % ] x $ ( Nm )
- % = Desaceleração da ponte: ( m / seg^2 ) - $ = Deflexão do pára-choque ponte: 0,2 ( m ) - Fpc = Força no pará-choque ponte: ( N )
3.4.3 - Desaceleração no impacto contra o batente:
U1 = U2
( Qo + Qc + Qp ) x ( 0,7 x Vtrans. )^2 = [ ( Qo + Qc + Qp ) x % ] x $20,245 x Vtrans.^2 = % x $ % = 0,245 x Vtrans.^2 / $
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4.1.2 - Cargas concentradas - SG2.
GG = Dist. da carga resultante a roda mais próxima:
GG = [ P1 x ( d / 2 ) + SL x YY ] x [ 1 / ( P1 + SL ) ]( cm )
- YY = Dist. da carga de serviço a roda mais próxima: d / 2 ( cm ) - P1 = Peso próprio do carro: ( kgf ) - SL = Carga de serviço: ( kgf ) - d = Dist. entre rodas do carro: ( cm )
X = Dist. do apoio da roda da Ponte à roda do carro:
X = 1 / 2 x L - GG ( cm )
- L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - GG = Dist. da carga resultante a roda mais próxima: ( cm )
4.1.3 - Momento devido ao peso próprio do carro:
Mp1 = ( P1 / 2 ) x [ ( L - X - ( d / 2 ) ) / L ] x X ( kgf x cm )
- P1 = Peso próprio do carro: ( kgf ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - X = Dist. do apoio da roda da Ponte à roda do carro: ( cm ) - d = Dist. entre rodas do carro: ( cm )
4.1.4 - Momento devido ao mecanismo de translação da ponte:
Mp2 = Não se aplica p/ sistema de translação A4. 0 ( kgf x cm )
4.1.5 - Momento devido a cabina equipada na extremidade:
Mp3 = ( P3 x c / L ) x ( L - X ) ( kgf x cm )
- P3 = Peso cabina na extremidade: 600 ( kgf ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm )
- X = Dist. do apoio da roda da Ponte à roda do carro: ( cm ) - c = Dist. da cabina ao apoio a roda da Ponte: 100 ( cm )
4.1.6 - Momento total devido ao SG2:
MG2 = Mp1 + Mp2 + Mp3 ( kgf x cm )
- Mp1 = Momento devido ao peso próprio do carro: ( kgf x cm ) - Mp2 = Momento devido ao mec. de translação da ponte: 0 ( kgf x cm ) - Mp3 = Momento devido a cabina na extremidade: ( kgf x cm )
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4.1.7 - Momento total devido aos pesos próprios:
MG = MG1 + MG2 ( kgf x cm )
- MG1 = Cargas distribuidas - SG1: ( kgf x cm ) - MG2 = Momento total devido ao SG2: ( kgf x cm )
4.2 - Momento devido a carga de serviço - SL:
ML = ( SL / 2 ) x [ ( L - X - YY ) / L ] x X ( kgf x cm )
- SL = Carga de serviço: ( kgf ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - X = Dist. do apoio da roda da Ponte à roda do carro: ( cm ) - YY = Dist. da carga de serviço a roda mais próxima: d / 2 ( cm )
4.3 - Momento provenientes da aceleração ou frenagem da Ponte:
MH = ( ap / g ) x ( MG + ML ) ( kgf x cm )
- ap / g = Cargas provenientes da frenagem da Ponte:
- MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm )
4.4 - Momento provenientes do vento limíte de serviço - SW:
MW = Não se aplica ambiente interno sem vento: 0 ( kgf x cm )
4.5 - Momento proveniente do vento máximo - SW máximo:
MW máx.= Não se aplica ambiente interno sem vento: 0 ( kgf x cm )
5.0 - Coeficiente de majoração - Mx ( função do grupo de estrutura ):
1 2 3 4 5 61 1 1 1,06 1,12 1,2
6.0 - Esforços combinados para os três casos de solicitação:Caso I - Operação normal:
M I = Mx x ( ! x ML + MG + MH ) ( kgf x cm )
- Mx = Coeficiente de majoração: - ! = Coef. de impacto: - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm )
- MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - MH = Momento provenientes da aceleração da Ponte: ( kgf x cm )
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Caso II - Em operação com vento limíte de serviço:
M II = Mx x ( ! x ML + MG + MH ) + MW ( kgf x cm )
- Mx = Coeficiente de majoração:
- ! = Coef. de impacto: - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm )
- MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - MH = Momento provenientes da aceleração da Ponte: ( kgf x cm ) - MW = Momento provenientes do vento limíte de serviço - SW: ( kgf x cm )
Caso III:
M III.1 = MG + MW máx. ( Fora de serviço com vento máximo ) ( kgf x cm )
M III.2 = MG + ML + ( ap / g )x ( MG + ML ) ( Efeitos da frenagem ) ( kgf
x cm )
M III.3 = MG + ! x &1 x ML ( Ensaio dinâmico ) ( kgf x cm )
M III.4 = MG + ! x &2 x ML ( Ensaio estático ) ( kgf x cm )
- MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - MW máx. = Momento proveniente do vento máximo - SW máx.: ( kgf x cm ) - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm ) - ap / g = Cargas provenientes da frenagem da Ponte: - ! = Coef. de impacto: - &1 = Ensaio dinâmico: 1,2
- &2 = Ensaio estático: 1,4
7.0 - Características geometricas da seção da viga principal da Ponte Rolante:
Características geometricas da viga principal, conforme Etapa I / Item 2.0.
Dados: VCN - 130
taba.1: 1,9 ( cm )taba.2: 1,6 ( cm )h1: 135 ( cm )
talma.1: 0,8 ( cm )talma.2: 0,8 ( cm )b1: 55 ( cm )b2: 55 ( cm )d1: 48 ( cm )Jxx: ( cm^4 )Jyy: ( cm^4 )Wxx: ( cm^3 )Wyy: ( cm^3 )
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8.0 - Tensões na seção central para os três casos de solicitação:
8.1 - Cálculo das tensões:
Caso I - Operação normal: ' I " 'adm.I
' I = Mx x [ ( ( ! x ML + MG ) / Wxx ) + MH / Wyy ) ] ( kgf / cm^2 )
- Mx = Coeficiente de majoração: - ! = Coef. de impacto: - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm )
- MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - MH = Momento provenientes da aceleração da Ponte: ( kgf x cm ) - Wxx = Módulo de resistência referente ao eixo xx: ( cm^3 ) - Wyy = Módulo de resistência referente ao eixo yy: ( cm^3 )
Caso II - Em operação com vento limíte de serviço: ' II " 'adm.II
' II = Mx x [ ( ( ! x ML + MG ) / Wxx ) + ( MH / Wyy ) ] + MW / Wyy
( kgf / cm^2 )
- Mx = Coeficiente de majoração: - ! = Coef. de impacto: - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm ) - MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - MH = Momento provenientes da aceleração da Ponte: ( kgf x cm ) - MW = Momento proven. do vento limíte de serviço - SW: ( kgf x cm ) - Wxx = Módulo de resistência referente ao eixo xx: ( cm^3 ) - Wyy = Módulo de resistência referente ao eixo yy: ( cm^3 )
Caso III:
III.1 - Fora de serviço com vento máximo: ' III " 'adm.III
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- MG = Momento total devido aos pesos próprios: ( kgf x cm ) - MW máx. = Momento proven. do vento máx. - SW máx.: ( kgf x cm ) - ML = Momento devido a carga de serviço - SL: ( kgf x cm ) - ap / g = Cargas provenientes da frenagem da Ponte: - ! = Coef. de impacto: - &1 = Ensaio dinâmico: 1,2 - &2 = Ensaio estático: 1,4 - Wxx = Módulo de resistência referente ao eixo xx: ( cm^3 ) - Wyy = Módulo de resistência referente ao eixo yy: ( cm^3 )
8.2 - Cálculo das tensões admissíveis:
Tensão de escoamento - Material ASTM A-36:
'esc. = 2530 ( kgf / cm^2 )
Caso I - Operação normal:
'adm.I = 'esc. / 1,5 1687 ( kgf / cm^2 )
Caso II - Em operação com vento limíte de serviço:
'adm.II = 'esc. / 1,33 1902 ( kgf / cm^2 )
Caso III:III.1 - Fora de serviço com vento máximo:III.2 - Efeitos da frenagem:
III.3 - Ensaio dinâmico:III.4 - Ensaio estático:
'adm.III = 'esc. / 1,1 2300 ( kgf / cm^2 )
9.0 - Flecha nas vigas principais:
q R2 R1
dL
9.1 - Cálculo da flecha devido a cargas distribuídas:
f1 = 5 x q x L^4 ( cm ) 384 x E x Jxx
- q = Carga distribuída - SG1: ( kgf / cm ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - E = Módulo de elásticidade do aço: ( kgf / cm^2 ) - Jxx = Momento de Inércia da viga: ( cm^4 )
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9.2 - Cálculo da flecha devido a cargas concentradas:
f2 " R1 x ( L - d ) x [ 3 x L^2 - ( L - d )^2 ] ( cm ) 48 x E x Jxx
- R1 = Reação máxima na roda do carro: ( kgf ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - d = Distância entre rodas do carro: ( cm ) - E = Módulo de elásticidade do aço: ( kgf / cm^2 ) - Jxx = Momento de Inércia da viga: ( cm^4 )
9.3 - Cálculo da flecha máxima / adm da viga principal: f máx. " f adm
fmáx. = f1 + f2 ( cm )
- f1 = Flecha devido a cargas distribuídas: ( cm ) - f2 = Flecha devido a cargas concentradas: ( cm )
fadm = L / C ( cm )
- L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - C = Para Pontes Rolantes Industriais: 800 - C = Para Pontes Rolantes Siderúrgicas: 1000 - C = Para Pontes Rolantes Excepcionais: 1200
10.0 - Esforços solicitantes nas extremidades da viga principal:
10.1 - Cálculo da força cortante máxima - V A:
q P3
c e # x SL + P1
VA L VB
V A = Mx x [ ( q x L / 2 ) + [ ( ! x SL + P1 ) x ( L - e ) / 2 x L ] + [ P3 x ( L - c ) / L ] ]
( kgf )
- Mx = Coeficiente de majoração: - ! = Coef. de impacto: - q = Carga distribuída - SG1: ( kgf / cm ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - SL = Carga de serviço: ( kgf ) - P1 = Peso próprio do carro: ( kgf ) - P3 = Peso cabina na extremidade: 600 ( kgf ) - c = Dist. da cabina ao apoio a roda da Ponte: 100 ( cm )
- e = Dist. da Carga + Carro ao apoio a roda da Ponte: ( cm )
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10.2 - Cálculo dos esforços de torção na seção m - n da viga principal:
m - Seção m - n extremidade da viga principal.
n
10.2.1 - Momento devido as reações na roda do carro - MT1:
R1 Trilho do carro
Xt
Viga Principal
MT1 = Mx x [ 2 x R1 x Xt ] ( kgf x cm )
- Mx = Coeficiente de majoração: - R1 = Reação máx. na roda do carro: ( kgf )
- Xt = Dist. do centro da viga ao centro do trilho: ( cm )
10.2.2 - Momento devido as cargas verticais excêntricas - MT2:
Painéis elétricos Lp
Xi
Xp
Hp
Pi Pp
Viga Principal Passadiço
MT2 = Mx x ( 1 / 2 ) x ( Pi x ni x Xi ) ( kgf x cm )
- Mx = Coeficiente de majoração: - Xi = Dist. dos panéis ao centro da viga principal: ( cm ) - Xp = Dist. dos panéis a alma da viga principal: 50 ( cm ) - Pi = Peso do painel: 150 ( kgf ) - ni = Número de painéis: 5
- Hp = Altura dos panéis elétricos: 200 ( cm ) - Lp = Largura dos panéis elétricos: 80 ( cm ) - Pp = Profundidade dos panéis elétricos: 50 ( cm )
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10.2.3 - Momento devido as cargas laterais agindo no topo do trilho - MT3:
Fh Trilho do carro
Hvt
Viga Principal
MT3 = Mx x [ 2 x R1 x Hvt x ( ap / g ) ] x [ ( L - e ) / L ] ( kgf x cm ) - Mx = Coeficiente de majoração: - R1 = Reação máx. na roda do carro: ( kgf ) - L = Vão da Ponte Rolante: ( cm ) - e = Dist. da Carga + Carro ao apoio a roda da Ponte: ( cm ) - Hvt = Dist. do centro da viga ao topo do trilho: ( cm ) - ap / g = Cargas provenientes da frenagem da Ponte:
10.2.4 - Momento de torção total na seção da extremidade da viga principal - MTt:
MTt = MT1 + MT2 + MT3 ( kgf x cm )
MT1 = Momento devido as reações na roda do carro: ( kgf x cm )MT2 = Momento devido as cargas verticais excêntricas: ( kgf x cm )MT3 = Momento devido as cargas laterais agindo no topo do trilho:
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12.2 - Cálculo da tensão admissível:
Tensão de escoamento - Material ASTM A-36:
'esc. = 2530 ( kgf / cm^2 )
Caso I - Operação normal:
!adm.I = 'esc. / ( 1,5 x 3 ) 974 ( kgf / cm^2 )
13.0 - Verificação da alma da viga principal:
13.1 - Tensão de compressão na alma debaixo do trilho na viga principal:
Para verificar a compressão local nas almas, a carga nas rodas R1, considera-seuma distribuição uniforme ao longo do trecho de comprimento b0.
R1 br Onde:b0 = br + 2 x ( ht + taba.1 )
ht
taba.1 b0
talma.2
Caso I - Operação normal: 'alma.I " 'adm.I
b0 = br + 2 x ( ht + taba.1 ) ( cm )
'alma.I = Mx x [ ! x R1 / ( b0 x talma.2 ) ] ( kgf / cm^2 )
- Mx = Coeficiente de majoração: - ! = Coef. de impacto: - R1 = Reação máx. na roda do carro: ( kgf ) - taba.1 = Espessura da aba superior: ( cm ) - talma.2 = Espessura da alma debaixo do trilho: ( cm ) - ht = Altura do trilho: ( cm )
- br = Comprimento de contato do par roda / trilho: 5 ( cm ) - 'adm.I = Tensão admissível - Caso I: 1687 ( kgf / cm^2 )
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13.2 - Espaçamento entre os diafragmas da viga principal:
O espaçamento entre os diafragmas deve ser cálculado baseado na flambagemdas almas da viga principal, devido a força cortante V A.
Diafragma transversal
h1 talma.1
Ddf
13.2.1 - Tensão de cisalhamento na alma da viga, devido a força cortante - V A:
!alma.I = V A / ( 2 x h1 x talma.1 ) ( kgf / cm^2 )
- V A = Força cortante máxima na extremidade: ( kgf ) - h1 = Altura da alma da viga principal: ( cm ) - talma.1 = Espessura da alma da viga principal: ( cm )
13.2.2 - Dist. entre os diafragmas na viga principal - Ddf : Ddf " h1
Ddf = 2940 x talma.1 / (!
alma.I ) ( cm ) - talma.1 = Espessura da alma da viga principal: ( cm ) - !alma.I = Tensão de cisalh. devido a força cortante - V A: ( kgf / cm^2 ) - h1 = Altura da alma da viga principal: ( cm )
Nota: A distância entre diafragmas ( Ddf ) deve ser no máxima igual a altura da alma ( h1 ) da viga principal.
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Para dois reforços: J2 " Jdf
hp1 = 0,25 x ( 0,5 x h1 ) = 0,125 x h1 ( cm )
hp2 = 0,55 x ( 0,5 x h1 ) = 0,275 x h1 ( cm )J2 = [ 0,3 + 0,4 x Ddf + 1,3 x Ddf ̂ 2 + 14 x m x n x Ddf ] x 1,2 x Ddf x talma.1^3
h1 h1^2 h1^2 x talma.1 ( cm^4 )
- n = Espessura do diafragma longitudinal: ( cm ) - m = Largura do diafragma longitudinal: ( cm ) - h1 = Altura da alma da viga principal: ( cm ) - Ddf = Dist. entre os diafrag. transversais na viga principal: ( cm )
15.2 - Verif. da necessidade do diafragma longitudinal: 'flamb. $ ' I
'flamb. = Cdf x ( K + 1 ) x ( 1240 x kgf / cm^2 ) x ( talma.1 / h1 ) ( kgf / cm^2 )
- Cdf = Sem reforço longitudnal: 81 - Cdf = Para um reforço longitudnal: 162 - Cdf = Para dois reforços longitudinais: 243 - K = Fator de inversão da tensão: 'c / 't 1 - ' I = Caso I - Operação normal: ( kgf / cm^2 )
h1 / talma.1 " Mdf " Mdf
- Mdf = Sem reforço longitudnal: 188 - Mdf = Para um reforço longitudnal: 376 - Mdf = Para dois reforços longitudinais: 564
- h1 = Altura da alma da viga principal: ( cm ) - talma.1 = Espessura da alma oposto ao trilho: ( cm )