Calcul de résistance à la fatigue des joints soudés de grues
La norme GB/T 13331-2013 « Appareils de levage — Structures soudées » est la norme générale de conception des structures soudées pour grues. Elle spécifie le choix des types de joints soudés, les méthodes de calcul des cordons et les exigences de construction pour les structures en acier de grue. Elle est applicable à la conception soudée des structures porteuses principales des ponts roulants, portiques, grues à tour, grues mobiles et grues à flèche.
La norme GB/T 13331-2013 est une norme dédiée aux types de joints soudés des structures de grue. Elle définit la classification des joints soudés, leurs types ainsi que le calcul de résistance à la fatigue.
Positionnement de la norme et exigences de conception structurelle
La norme GB/T 13331-2013 (à l'origine JB/T 13331-2013, transformée en norme nationale) est la norme de référence pour la conception des structures soudées de grues. Elle énonce les principes fondamentaux suivants pour la conception du soudage des structures en acier de grue : les cordons de soudure doivent être placés dans les zones faiblement sollicitées, en évitant les concentrations de contraintes. Les dimensions des cordons doivent être déterminées par calcul et non pas augmentées arbitrairement sur la base de l'expérience (des soudures trop importantes augmentent la déformation de soudage et les contraintes résiduelles). Lors de l'assemblage de tôles d'épaisseurs différentes, la tôle la plus épaisse doit être amincie progressivement du côté du soudage (pente de transition ≤ 1:2,5). La limite de fatigue des cordons doit être vérifiée conformément à la norme GB/T 3811. La conception de la structure soudée doit prendre en compte l'accessibilité du soudage (le pistolet de soudage et l'opérateur doivent pouvoir atteindre l'emplacement du cordon pour réaliser la soudure).
Types de joints soudés et critères de sélection
La norme spécifie les types de joints soudés pour les structures soudées de grue : le joint bout à bout — utilisé pour l'assemblage des semelles de la poutre principale et de l'âme. Pour une épaisseur de tôle ≤ 8 mm, un chanfrein en I est utilisé ; pour une épaisseur de 8 à 20 mm, un chanfrein en V (angle de chanfrein de 60°) ; pour une épaisseur > 20 mm, un chanfrein en X (soudage double face pour réduire la déformation angulaire). Le joint en T — utilisé pour la liaison âme-semelle (soudure principale de la poutre principale). Les joints en T à pénétration partielle sont utilisés pour les régimes de travail légers, tandis que les joints en T à pénétration complète sont réservés aux soudures importantes de grade A5 et supérieur. Le joint d'angle — utilisé pour la liaison des plaques de raidissement avec l'âme. Le joint à recouvrement — doit être évité pour les éléments porteurs principaux et réservé aux éléments non porteurs. La résistance de la soudure bout à bout ne doit pas être inférieure à la valeur de calcul de la résistance du métal de base. La hauteur de gorge de la soudure d'angle ne doit pas être inférieure à 4 mm ni supérieure à 1,2 fois l'épaisseur de la tôle la plus mince.
Méthodes de calcul des cordons de soudure
La norme fournit les méthodes de calcul pour chaque type de cordon : soudure bout à bout — pour un cordon soumis à un effort axial de traction ou de compression, la résistance est calculée selon σ = F/A ≤ ft ou fc, où F est l'effort appliqué, A est la section transversale du cordon (épaisseur du métal de base × longueur du cordon, sans tenir compte du renfort), ft et fc sont les valeurs de calcul de résistance à la traction et à la compression du cordon. Soudure d'angle en T — pour un cordon soumis à un effort tranchant, la résistance est calculée selon τ = F/(he × lw) ≤ fv, où he est l'épaisseur efficace de la soudure d'angle (= 0,7 hf, hf étant la hauteur de gorge), lw est la longueur de calcul du cordon (longueur réelle moins 2 × hf), et fv est la valeur de calcul de résistance au cisaillement de la soudure d'angle. La norme spécifie également les formules de vérification de résistance pour les cordons soumis à des contraintes complexes (flexion + cisaillement + effort axial) ainsi que la méthode de vérification de la résistance à la fatigue (détermination de l'amplitude de contrainte admissible en fonction du nombre de cycles de contrainte).
Tableau comparatif des types de joints soudés
Le tableau comparatif ci-dessous présente les paramètres essentiels des différents types de joints soudés, à destination des concepteurs et des utilisateurs.
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