Norme ISO 24035:2020 : fatigue des structures en acier de grue
La norme ISO 24035:2020 « Appareils de levage à charge suspendue — Structures en acier — Méthode d'évaluation de la fatigue » est la norme dédiée à l'évaluation de la durée de vie en fatigue des structures en acier de grue. Elle définit une méthode d'évaluation basée sur l'approche contrainte-durée de vie, couvrant la sélection des courbes S-N, le comptage des cycles de contrainte, le calcul du dommage cumulé et la procédure d'évaluation de la durée de vie en sécurité.
Procédure d'évaluation de la fatigue
La procédure d'évaluation de la fatigue selon l'ISO 24035:2020 comprend les étapes suivantes — collecte du spectre de charge (acquisition des historiques charge-temps et statistiques des cycles de charge sur l'ensemble du cycle de vie de la grue), analyse des contraintes structurelles (analyse par éléments finis ou mesures par jauges de contrainte sur les zones à évaluer, afin d'obtenir le spectre de contraintes pour chaque condition de service), sélection de la courbe S-N (choix de la courbe appropriée selon le type d'acier, le détail de raccord et le rapport de contrainte), calcul du dommage cumulé (application de la règle de dommage cumulé linéaire de Palmgren-Miner, D = Σ nᵢ/Nᵢ) et évaluation de la durée de vie en sécurité (la structure est jugée sûre lorsque D ≤ 1,0).
Sélection des zones à évaluer — l'évaluation de la fatigue doit couvrir toutes les zones de concentration de contraintes de la structure en acier (cordons de soudure, changements brusques de section transversale, perçages, pieds de soudure, etc.) ainsi que les zones soumises à des contraintes alternées importantes (mi-portée de la poutre principale, raccords du sommier, base des stabilisateurs, etc.). Pour chaque grue, au moins 3 à 5 zones sensibles à la fatigue doivent être sélectionnées pour l'évaluation. Les résultats servent à établir le programme d'inspection périodique et la stratégie de gestion de la durée de vie de la grue.
Sélection des courbes S-N selon les détails de raccord
La norme classe les courbes S-N en plusieurs niveaux selon le détail de raccord de la structure en acier — métal de base (sans soudure) : classe FAT160 (160 MPa à 2×10⁶ cycles) ; soudure bout à bout meulée à ras : classe FAT125 ; soudure bout à bout à l'état brut de soudage : classe FAT112 ; soudure d'angle et raccord en T : classe FAT100 ; assemblage en croix et soudures sur raidisseurs : classe FAT80. Le nombre de cycles correspondant à la limite d'endurance est de 2×10⁶ cycles (dans les structures en acier, on retient généralement 5×10⁶ cycles comme nombre de cycles à la limite d'endurance).
Pente des courbes S-N — la relation entre la plage de contrainte Δσ et la durée de vie en fatigue N est représentée par une droite de pente m en coordonnées logarithmiques ; m vaut généralement 3 (à l'état brut de soudage) ou 5 (métal de base et soudures meulées). Au-delà de 2×10⁶ cycles, la courbe S-N présente une limite d'endurance dans la zone des contraintes élevées (en dessous de ce niveau de contrainte, plus aucune rupture par fatigue ne se produit). En conditions de charge à amplitude variable, il convient d'utiliser la plage de contrainte équivalente Δσeq = (Σ nᵢ × Δσᵢ³ / Ntotal)^(1/3) pour calculer la contrainte de dommage équivalente.
| Détail de connexion | classe FAT | m Valeur | Fatigue Limite | Zone typique |
|---|---|---|---|---|
| Métal de base | 160 | 5 | 73MPa | âme de la poutre principale |
| Aboutage(Meulé à plat) | 125 | 3 | 57MPa | Semelle Aboutage |
| Aboutage(État brut de soudage) | 112 | 3 | 51MPa | Âme Aboutage |
| soudure d'angle | 100 | 3 | 45MPa | Raidisseur Raccordement |
| assemblage en croix | 80 | 3 | 36MPa | poutre principale et chariot d'extrémité Raccordement |
| Ajout Raidisseur | 80 | 3 | 36MPa | Raidisseur Extrémité |
Comptage des cycles de contrainte et cumul des dommages
Établissement du spectre de contraintes — le comptage des cycles est effectué sur l'historique charge-temps à l'aide de la méthode de comptage par réservoir (Rainflow Counting), afin d'extraire l'amplitude et la contrainte moyenne de chaque cycle de contrainte. La méthode Rainflow est aujourd'hui reconnue comme la méthode de référence pour le comptage des cycles de fatigue. Les résultats sont présentés sous forme d'histogramme des amplitudes de contrainte (distribution Δσi-ni). Selon la règle de dommage cumulé linéaire de Palmgren-Miner — D = Σ(ni / Ni), où ni représente le nombre de cycles mesurés pour le niveau de contrainte i et Ni le nombre de cycles admissible correspondant sur la courbe S-N.
Lorsque D < 1,0, la structure est jugée sûre ; D = 1,0 correspond à la durée de vie nominale en fatigue. Coefficients de sécurité exigés par la norme — si l'évaluation repose sur un spectre de charge calculé (et non sur des données mesurées), le coefficient de sécurité est ≥ 1,25. Pour les soudures non inspectables visuellement (soudures internes en profilés fermés), le coefficient est ≥ 1,5. Pour les grues destinées au transport de personnes, le coefficient est ≥ 2,0.
Rapport d'évaluation et gestion de la durée de vie
Le rapport d'évaluation de la fatigue doit comprendre — les normes de référence utilisées, les paramètres techniques de la grue évaluée et son historique d'utilisation, le spectre de charge (source et méthode statistique), les résultats de l'analyse des contraintes (modèle par éléments finis et résultats, ou données mesurées par jauges de contrainte), la justification du choix des courbes S-N et la classe FAT, les résultats du calcul de cumul des dommages, ainsi que les conclusions sur la durée de vie résiduelle et les recommandations de maintenance (points de contrôle prioritaires et intervalle d'inspection). Kelude Industries Lourdes propose des services d'évaluation de la fatigue pour les structures en acier de grue.
| Coefficient de sécurité | Coefficient Valeur | conditions d'application |
|---|---|---|
| Courant | 1.25 | Charge de calcul Spectre |
| Non visible | 1.5 | Fermé Cordon de Soudure |
| Transport de personnes | 2.0 | Personnel Levage et transport |
| Haute température/Corrosion | 2.0 | Environnement spécial |
Questions fréquentes
Q : Quelle est la procédure d'évaluation de la fatigue selon l'ISO 24035:2020 ?
A : La procédure comprend la collecte du spectre de charge, l'analyse des contraintes de la structure, la sélection de la courbe S-N, le calcul de l'accumulation des dommages (règle de Miner) et l'évaluation de la durée de vie en sécurité. L'évaluation doit couvrir au moins 3 à 5 zones sensibles à la fatigue (zones de concentration de soudures et de contraintes). La structure est jugée sûre lorsque D ≤ 1,0.
Q : Comment choisir la classe FAT de la courbe S-N ?
A : Pour le métal de base, la classe FAT est de 160 ; pour une soudure bout à bout meulée, de 125 ; à l'état brut de soudage, de 112 ; pour une soudure d'angle, de 100 ; et pour un assemblage en croix ou avec raidisseur, de 80. La valeur de m est de 3 à l'état brut de soudage et de 5 pour le métal de base. Le nombre de cycles correspondant à la limite d'endurance est de 2×10⁶ cycles.
Q : Quelle méthode utilise-t-on pour le comptage des cycles de contrainte ?
A : On utilise la méthode de comptage par la pluie (Rainflow Counting), qui est la méthode recommandée par les normes d'évaluation de la fatigue. Elle permet d'extraire les amplitudes de contrainte Δσi et les contraintes moyennes afin de construire l'histogramme du spectre de contraintes. Le dommage cumulé linéaire de Miner est calculé selon D = ∑(ni/Ni), avec D ≤ 1,0 pour garantir la sécurité.
Q : Comment déterminer le coefficient de sécurité en fatigue ?
A : Le coefficient est de 1,25 pour le spectre de charge de calcul, de 1,5 pour les soudures non inspectables visuellement, et de 2,0 pour les grues destinées au transport de personnes. Une augmentation du coefficient de sécurité entraîne un ajustement de la classe FAT. Kelude propose des services d'évaluation de la fatigue et de gestion de la durée de vie des structures en acier.
