Calcul résistance poutre grue portique
Point clé Calcul mécanique des trois grandes formes de poutres principales de grue à portique : poutre caisson monorail type MH (Wx=BH²/6-bh³/6H, f=5qL⁴/384EI+φQL³/48EI≤L/700), treillis type MHhs (membrure N=M/h₀, montant Nd=V/sinα), double poutre caisson (répartition Mtotal/2 entre les deux poutres). Charge par galet Rmax=(G/2+φ₂Q(L-Lmin)/L)/n×ψ. Exemples de calcul pour 10t/20t/32t.
La poutre principale d'une grue à portique est l'élément structurel qui supporte la charge de levage. Sa résistance, sa rigidité et sa stabilité déterminent directement la sécurité globale et la durée de vie de la machine. Les grues à portique Kelude Industries Lourdes se déclinent en trois grandes familles structurelles : poutre caisson monorail type MH, treillis type MHhs et double poutre caisson. Cet article présente une démarche systématique de calcul des moments fléchissants, de vérification des sections et de contrôle de la flèche pour ces trois configurations, ainsi que la méthode complète de calcul de la charge par galet.
Pour les paramètres de sélection et les prix des grues à portique, consultez Prix et paramètres des grues à portique et Guide de sélection et paramètres des grues à portique par modèle. Le calcul du mécanisme de levage à palan électrique est détaillé dans Calcul technique du mécanisme de levage à palan électrique.
Schéma de structure d'une grue à portique
Détermination des charges sur la poutre principale
Selon la norme ISO 4301 / FEM 1.001, on distingue les charges conventionnelles (poids mort GG + charge de levage Q + coefficient de charge dynamique φ₂=1,1~1,3), les charges additionnelles (vent, forces latérales de dévers) et les charges spéciales (chocs de butée, charge d'essai 1,25GN). Combinaison de charges A (service normal) : GG+φ₂·(Q+q)+Pvent service.
Calcul de la poutre caisson monorail type MH
Mmax = qG·L²/8 + φ₂·(Q+q)·L/4
σ = M/Wx ≤ [σ](Q235B:160MPa,Q345B:230MPa)
f = 5qL⁴/384EI + φ₂QL³/48EI ≤ L/700~L/800
Exemple de calcul type MH 10t : L=22m, Q345B, classe A5
B×H=500×900mm, Wx=6,80×10⁶mm³
Mmax=814kN·m, σ=119,7MPa≤230MPa
ftotal=54,7mm＞[f]=27,5mm → prévoir une contre-flèche ou H≥1200mm
Calcul de la poutre treillis type MHhs
Effort axial dans la membrure N=M/h₀, effort dans le montant Nd=V/sinα. Moment d'inertie équivalent Iéquiv=Amembrure·h₀²/2, la flèche doit être multipliée par un coefficient d'amplification de déformation du treillis de 1,1~1,3.
Exemple de calcul type MHhs 10t : L=28m, Q235B, classe A4, h₀=1200mm
Mmax=922,6kN·m, effort axial membrure N=769kN
Choix HW200×200 (A=6420mm²), σ=119,8MPa≤160MPa
Iéquiv=4,62×10⁹mm⁴, f=36,1mm≤40mm (L/700)
Le poids propre du treillis ne représente que 40%~60% de celui d'une section caisson
Calcul de la section caisson bipoutre
Chaque poutre principale reprend Mtotal/2, Wx requis=Mpoutre/[σ].
Exemple de calcul bipoutre 32t : L=30m, Q345B, classe A6
B×H=600×1300mm, σ=147,8MPa≤230MPa
ftotal=85,3mm＞[f]=37,5mm
Prévoir une contre-flèche de 50~60mm ou augmenter H à 1600mm
Calcul de la charge par galet
Rmax=(GG/2+φ₂·(Q+q)·(L-Lmin)/L)/ngalets×ψ. Charge par galet additionnelle due au vent ±Mvent/(Bempattement×ngalets côté).
Charge par galet bipoutre 32t : GG=450kN, ngalets=4, ψ=1,15
Rmax=183,8kN/galet (rail P43 admissible 250kN/galet)
Avec vent force 11 : Rmax vent=235,8kN/galet≤250kN
Comparaison des paramètres de conception des trois structures
Portique roulant semi-portique
Le portique roulant semi-portique, également connu sous le nom de portique en porte-à-faux, est un équipement de levage industriel polyvalent. Sa conception intègre un côté soutenu par des rails au sol et l'autre par une poutre supérieure, offrant une solution efficace pour la manutention de charges lourdes dans les ateliers, les entrepôts et les chantiers. Cette configuration permet d'optimiser l'espace de travail et de faciliter le déplacement des charges sur de longues distances.
Questions fréquentes sur les grues à portique
Q : Un dépassement de flèche impose-t-il d'augmenter la section ?
A : Pas nécessairement. Il est possible de prévoir une contre-flèche de L/1000 à L/500, ou d'augmenter la hauteur de la poutre principale (I ∝ H³ : une augmentation de 10 % de la hauteur accroît la rigidité de 33 %). En cas de dépassement important (> L/350), l'augmentation de la section devient obligatoire. Chez Kelude, chaque poutre principale fait l'objet d'un contrôle de contre-flèche sous 1,2 fois la charge nominale en cours de production.
Q : La sécurité d'une grue à portique en treillis est-elle suffisante ?
A : Le treillis est vérifié en résistance, stabilité et rigidité conformément à la norme ISO 4301 / FEM 1.001. La matière est concentrée dans les membrures (éloignées de l'axe neutre), ce qui offre un meilleur rendement qu'une section caisson. La qualité des nœuds soudés doit toutefois faire l'objet d'une attention particulière.
Q : Comment utiliser la charge par galet pour la sélection du rail ?
A : Rmax doit rester inférieur ou égal à la charge admissible du rail (P43 ≈ 250 kN/galet, QU80 ≈ 320 kN/galet, QU100 ≈ 400 kN/galet). Pour le dimensionnement des fondations, prévoir un angle de diffusion de 45° sous la plaque d'appui.
Q : Quel logiciel utiliser pour concevoir une poutre principale de portique ?
A : Un processus de validation en trois niveaux est recommandé : calcul préliminaire sous Excel, vérification fine sous ANSYS, et analyse de fatigue sous Nastran. Pour une estimation rapide, les formules mentionnées ci-dessus peuvent être appliquées manuellement.
