Systematischer Vergleich der dynamischen Beanspruchung von Gittermast-Fahrzeugkranen mit den Ergebnissen einer quasistatischen Auslegung nach DIN EN 13001
Final Report Abstract
Das Forschungsprojekt zielte darauf ab, die maximalen dynamischen Beanspruchungen bei den Vorgängen Lastheben vom Boden, Wippen und Drehen für eine repräsentative Auswahl von Rüstzuständen und Auslegerstellungen mittels dynamischer Finite Elemente Berechnung zu bestimmen. In den Vergleich der Ergebnisse mit der quasistatischen Auslegung wurden neben der DIN EN 13001 die für die Fahrzeugkranberechnung einschlägigen Normen und Richtlinien DIN EN 13000, FEM 5.004 und DIN 15018 Teil 3 einbezogen. Die Auswertung der Bauteilausnutzungen und Spannungen von dynamischen und quasistatischen Berechnungen ergab teilweise große Unterschiede zwischen beiden Berechnungsarten. Dabei treten beim Drehen die größten Differenzen auf, gefolgt vom Lastheben vom Boden und Wippen. Beim Lastheben vom Boden erwies sich der Dynamikbeiwert ϕ2 gemäß EN 13001 in vielen Fällen als zutreffender als der entsprechende Dynamikbeiwert ϕ gemäß FEM 5.004. Die Auswertung ergab, dass es grundsätzlich richtig ist, den Hublastbeiwert geschwindigkeitsabhängig anzusetzen, wobei sich die Geschwindigkeit des Hubantriebs zum Zeitpunkt des Lastanhebens vom Boden besser eignet als die in den Normen angesetzte stetige Hubgeschwindigkeit. Da sich die Vielzahl der Auslegerkonfigurationen von Fahrzeugkranen stark in ihrer Steifigkeit unterscheiden, erwies sich die pauschale Einordnung in Hubklasse HC1 als nicht immer zutreffend. Eine genauere Beschreibung ermöglicht ein Schwingungsmodell auf Basis eines Einmassenschwingers, in das die Frequenz der beim Heben dominant angeregten Eigenform des Krans eingeht. Die Abweichungen zwischen dynamisch und quasistatisch berechneten Hubseilkräften fallen dann in vielen Fällen geringer als bei Anwendung der Dynamikbeiwerte der Normen aus. Zur genauen Berechnung der Bauteilbelastungen beim Lastheben vom Boden erweist sich der Ansatz einer Querbeschleunigung nach dem Vorbild der DIN 15018 Teil 3 als grundsätzlich geeignet. Jedoch variiert die Abhängigkeit der Querbeschleunigung vom Hublastbeiwert mit Rüstzustand und Auslegerstellung, so dass hier keine allgemeingütigen quantitativen Aussagen bezüglich der Größe der Querbeschleunigung getroffen werden können. Beim Drehen und Wippen weichen die tatsächlich auftretenden Dynamikbeiwerte teilweise erheblich vom Standardwert 1,5 für quasistatische Fahrzeugkranberechnungen ab. Jedoch konnte gezeigt werden, dass die auftretenden Dynamikbeiwerte für alle Bauteile der Ausleger auf nahezu gleichem Niveau liegen, was eine quasistatische Berechnung grundsätzlich möglich macht. Dies führte zur Entwicklung eines Schwingungsmodells auf Basis eines Einmassenschwingers zur Bestimmung der Dynamikbeiwerte für die Bewegungsvorgänge Beharrung-Bremsen und Anfahren-Beharrung-Bremsen. Dies ermöglicht optimierte quasistatische Berechnungen, die dynamische Beanspruchungen des Krans beim Drehen und Wippen erheblich besser abbilden als die Ansätze der gängigen Normen. Neben der breit angelegten Gegenüberstellung von dynamischer und quasistatischer Fahrzeugkranberechnung ist das zentrale Ergebnis des Forschungsprojekts die Entwicklung von Schwingungsmodellen für die untersuchten Vorgänge Lastheben vom Boden, Drehen und Wippen. Mit Hilfe der Schwingungsmodelle lassen sich Dynamikbeiwerte bestimmen, die die Abhängigkeit der dynamischen Belastungen von der Gestalt des Auslegersystems, der Beschleunigung und Geschwindigkeit sowie der Beharrungszeit sehr genau in einer quasistatischen Berechnung abbilden. Dieses Verfahren bietet den entscheiden Vorteil, dass sich die für Nachweise erforderlichen Teilsicherheitsbeiwerte in einfacher Weise anwenden lassen. Damit gelang es dem Lehrstuhl fml der TU München, neue Ansätze für die Fahrzeugkranberechnung zu schaffen, die eine deutliche Steigerung der Genauigkeit der Auslegungsberechnung von Gittermast-Fahrzeugkranen erwarten lassen.
Publications
- Vergleich der dynamischen Beanspruchungen von Gittermast-Fahrzeugkranen mit den Ergebnissen der quasistatischen Auslegung nach DIN EN 13001. In: Tagungsbericht Fachtagung Kranfachtagung 2012, Technische Universität Dresden; 20. - 21. März 2012; München; ISBN: 978-3-86780-270-3
Schneidler, S.; Kleeberger, M.; Günthner, W. A.
- Untersuchung der dynamischen Beanspruchungen von Gittermast-Fahrzeugkranen und Vergleich mit der quasi-statischen Auslegung der Norm. In: Tagungsbericht Fachtagung Kranfachtagung 2014, Technische Universität Magdeburg; 12. - 13. März 2014; Magdeburg; ISBN-13: 978-3-930385-84-3
Kleeberger, M.; Schneidler, S.; Günthner, W. A.
