La norme GB/T 22437.4-2009 est la quatrième partie de la série de normes relatives aux charges et combinaisons de charges pour appareils de levage. Elle établit les règles de classification et de combinaison des charges spécifiquement adaptées aux grues à flèche et à leurs conditions de service. Ces engins se caractérisent par un fonctionnement à portée variable et une influence prépondérante du poids propre de la flèche. Cet article propose une interprétation systématique du contenu essentiel de cette norme.

Positionnement de la norme et spécificités des grues à flèche

La norme GB/T 22437.4-2009 est applicable aux grues à flèche, principalement les grues à portique, les grues à mât, les grues flottantes, les grues de pont, les grues à flèche et les grues ferroviaires. La caractéristique structurelle de ces appareils réside dans le fait que la flèche constitue l'élément porteur principal, en rotation autour de l'axe de giration ; les charges sont transmises par la flèche à la couronne d'orientation puis au socle. Contrairement aux ponts roulants et portiques, l'analyse des charges des grues à flèche doit prendre en compte : la variation de la répartition des charges selon la portée et l'angle de rotation de la flèche, les charges additionnelles induites par les mouvements du navire pour les grues flottantes (tangage, roulis et pilonnement), ainsi que l'influence de la position de repos de la flèche en condition hors travail sur la charge de vent.

Classification des charges pour grues à flèche

La norme distingue trois catégories de charges : les charges principales, les charges additionnelles et les charges spéciales :

Charges principales (P) — elles comprennent le poids mort (poids de toutes les parties fixes : flèche, mécanisme de levage, mécanisme d'orientation, contrepoids, cabine de commande, etc.), la charge de levage (capacité nominale + spreader + partie suspendue du câble métallique), les charges d'inertie d'orientation (forces d'inertie horizontales générées par les masses lors du démarrage et du freinage de l'orientation) et les charges d'inertie de variation de portée (forces résultant de la variation de la composante horizontale des masses lors de la variation de portée de la flèche). Pour les grues à portique, le poids propre du portique de base représente une part importante du poids total (environ 30 % à 40 %).

Charges additionnelles (A) — elles comprennent la charge de vent (vent de service calculé pour une force de niveau 7, vent de tempête basé sur la vitesse maximale de vent pour une période de retour de 50 ans), la charge de température (lorsque les écarts de température dans la structure en acier sont significatifs, notamment pour les grues à portique exposées aux différences de température entre les faces ensoleillées et ombragées dans les parcs de stockage extérieurs) et les charges marines (pour les grues flottantes : chocs de vagues, pression d'étanchéité et augmentation de masse due aux organismes marins fixés sur la structure).

Charges spéciales (S) — elles comprennent la charge d'essai (1,25 fois la charge statique, 1,1 fois la charge dynamique), les charges de collision, les charges de montage et démontage, ainsi que, pour les grues flottantes, les charges d'inclinaison du navire (moment d'inclinaison statique pour un roulis ≤ 5° et un tangage ≤ 2°) et les charges d'accélération dues aux mouvements du corps du navire (accélération de pilonnement pouvant atteindre 0,2 à 0,5 g).

Combinaisons de charges et conditions de travail

La norme définit trois conditions de service de base : le cas A (fonctionnement sans vent, coefficient de sécurité n ≥ 1,22), le cas B (fonctionnement avec vent, coefficient de sécurité n ≥ 1,22) et le cas C (hors travail par vent de tempête, coefficient de sécurité n ≥ 1,10). Contrairement aux ponts roulants, portiques et grues mobiles, les grues à flèche exigent, dans le cas B, un calcul séparé de la combinaison de charges la plus défavorable selon la position de la flèche (portée minimale, portée intermédiaire et portée maximale). En effet, le moment de flexion généré par le poids propre de la flèche change de sens selon la portée ; la position la plus défavorable doit donc être vérifiée pour chaque portée.

Pour les grues à portique, la norme exige également de vérifier, dans les cas A et B, deux orientations distinctes de la flèche : face à l'ouverture du portique (direction de moindre rigidité du portique) et perpendiculaire à cette ouverture.

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Dispositions particulières pour les grues flottantes

L'analyse des charges d'une grue flottante est la plus complexe qui soit. La norme intègre spécifiquement la prise en compte des mouvements du navire : sous l'effet des vagues, la coque du navire subit des mouvements de roulis, de tangage et de pilonnement pendant les opérations de levage. La période de roulis est d'environ 6 à 12 s, avec une amplitude pouvant atteindre 5° à 10° ; la période de tangage est d'environ 4 à 8 s, avec une amplitude de 2° à 5° ; la période de pilonnement coïncide avec celle des vagues (environ 5 à 10 s), pour une amplitude de 0,5 à 2 m. Ces mouvements génèrent des charges d'inertie supplémentaires sur la grue, et le coefficient de charge dynamique de la charge de levage doit être multiplié par un facteur d'amplification de 1,2 à 1,5. La stabilité au renversement de la grue flottante est vérifiée conformément aux spécifications de stabilité marine (la stabilité intacte tient compte de l'action combinée du vent, des vagues et de la charge suspendue). Lorsque la hauteur de vague dépasse la valeur de conception (généralement 1,5 à 2,5 m), les opérations doivent être arrêtées et la flèche doit être fixée. Kelude Industries Lourdes fournit des grues à portique de base et des grues flottantes pour les chantiers navals et les ports, en stricte conformité avec les combinaisons de charges définies par cette norme, garantissant ainsi la sécurité structurelle dans toutes les conditions de service.

Tableau comparatif des combinaisons de charges pour grues à flèche

Le tableau comparatif ci-dessous présente la configuration des paramètres essentiels des combinaisons de charges pour grues à flèche, afin de guider les utilisateurs dans leur sélection et leur exploitation.

Questions fréquentes