Entwicklung einer Methodik zur Ermittlung der Ermüdungsschädigung am Krantragwerk anhand von Betriebsdaten

Abstract

Die Schädigung durch Werkstoffermüdung am Stahltragwerk ist eine der zentralen Kennziffern im Betrieb einer Krananlage. Deshalb hat die Berechnung der Ermüdungsschädigung einen wesentlichen Stellenwert in den anerkannten Normen und technischen Regelwerken. Es werden dabei stets Annahmen zum Betrieb der Krananlage gemacht, die meist zu sehr konservativen Ergebnissen führen. In dieser Diplomarbeit wird ein Berechnungsablauf entwickelt, der die Ermüdungsschädigung am Stahltragwerk auf Basis gemessener Betriebsdaten ermittelt. Damit werden sämtliche unbekannten oder auf Annahmen beruhenden Eingangsgrößen durch gemessene Daten ersetzt und das Ergebnis stellt eine Annäherung an den wahren Schädigungszustand während des Betriebs dar. Der Berechnungsablauf basiert auf den Methoden, die in der aktuellen Kranberechnungsnorm EN 13001 vorgegeben sind. Die Entwicklung des Berechnungsablaufs erfolgt anhand einer in Betrieb befindlichen Krananlage, von der sämtliche Betriebsdaten zur Verfügung stehen. Die gemessenen Betriebsdaten werden unter Berücksichtigung der schädigungsrelevanten Prozesse aufbereitet und gefiltert, um als Basis für die Spannungsberechnung dienen zu können. Die Ermittlung der Spannungs-Zeit-Funktionen wird mithilfe eines Stabwerksprogrammes durchgeführt. Durch die Anwendung eines Algorithmus der Rainflow-Zählung werden die zeitlichen Verläufe der Spannungen in Spannungskollektive umgewandelt. Die Schädigungsrechnung erfolgt mittels der linearen Schadensakkumulationshypothese nach Palmgren-Miner. In dieser Arbeit werden die Schädigungsergebnisse an zwei unterschiedlichen Querschnittsstellen dargestellt. Durch den Vergleich können die Unterschiede der Auslastungen der verschiedenen Bereiche der Krananlage aufgezeigt werden.

One of the most important indicators during the operation of a crane system is failure of the steel structure due to fatigue. Consequently, fatigue analysis is a significant topic in all of the approved standards and technical policies. In these calculations the operation of the crane system is determined by assumptions, which may lead to highly conservative results. This diploma thesis shall outline the development of a calculation process in order to determine the fatigue damage to the steel structure based on measured operating data. Hence, all unknown input values are substituted by measured data and the result represents the actual fatigue damage during the operation. The calculation process is based on methods given in the calculation standard EN 13001. The development of the calculation process is realized on an operating crane system. All the operating data is available. By reference to the processes relevant of fatigue, the operating data is prepared and filtered, so that they can be used as input values in the stress calculation. The determination of the stress-time-regime is carried out in a 3D framework program. To form the stress collectives, an algorithm of the Rainflow-Counting method is used. The damage accumulation is made by the linear damage accumulation hypothesis of Palmgren-Miner. In this thesis, the damage results will be presented at two different cross sections of the considered crane system. The comparison will outline the differences of the utilization at the various regions of the frame work.