Dynamische Krantragwerksberechnung
Systematischer Vergleich der dynamischen Beanspruchungen von Gittermast-Fahrzeugkranen mit den Ergebnissen der quasistatischen Auslegung nach DIN EN 13001.
Gittermast-Fahrzeugkrane besitzen schlanke, elastische Auslegersysteme aus hochfesten Feinkornbaustählen mit spitzwinkligen Seilabspannungen, die sehr hohe Traglasten erzielen, jedoch schon im Gebrauchszustand ein ausgeprägt geometrisch nichtlineares Last-Verschiebungs-Verhalten aufweisen. Ihre Auslegungsberechnung erfolgt gemäß den einschlägigen Normen auf der Basis von quasistatischen Berechnungsansätzen. Dabei werden die statischen Lasten mittels Dynamikbeiwerten vervielfacht.
Die Qualität einer solchen Berechnung ist aufgrund des nichtlinearen Systemverhaltens schwer einzuschätzen und die Berechnungsansätze liefern nur Abschätzungen der dynamischen Beanspruchung des Krans.
Das Forschungsprojekt zielt darauf ab, die maximalen dynamischen Beanspruchungen des Krans für die Vorgänge Lastheben, Wippen und Drehen für eine repräsentative Auswahl von Rüstzuständen und Auslegerstellungen mittels dynamischer Finite-Elemente-Methode zu bestimmen. Hierzu findet das FE-Programm NODYA Anwendung. Dieses Programm wurde, speziell auf die Erfordernisse der Fahrzeugkranberechnung abgestimmt, am Lehrstuhl fml - Fördertechnik Materialfluss Logistik der TU München entwickelt. Lineare und geometrisch sowie materiell nichtlineare Berechnungen können problemlos durchgeführt werden.
Die Beanspruchungen charakteristischer Bauteile werden anschließend denen aus einer quasistatischen Berechnung nach Norm gegenüber gestellt.
Die Untersuchungen liefern Aussagen über die Güte der Lastannahmen und dem Geltungsbereich der gängigen Krannormen und sind so in der Lage Risiken und Potentiale der aktuellen Auslegungsweise von Gittermastkranen aufzudecken.
- Arbeitspaket 1: Auswahl der zu untersuchenden Auslegersysteme und Rüstzustände
- Arbeitspaket 2: Erstellung der Berechnungsmodelle für den Stahlbau der Krane
- Arbeitspaket 3: Modellierung der Antriebe
- Arbeitspaket 4: Untersuchung der Bewegungszustände Lastheben, Wippen, Drehen
- Arbeitspaket 5: Untersuchung von Lastkombinationen aus Drehen, Heben und Wippen
- Arbeitspakte 6: Dokumentation der Ergebnisse
Neben einer Betrachtung verschiedener Auslegersysteme und Rüstzustände erscheint es günstig die Untersuchungen an zumindest zwei Kranen unterschiedlicher Tragfähigkeitsklassen vorzunehmen.
Mit dem erfolgreichen Abschluss des DFG-Forschungsprojektes "Systematischer Vergleich der dynamischen Beanspruchungen von Gittermast-Fahrzeugkranen mit den Ergebnissen der quasistatischen Auslegung nach DIN EN 13001" gelang es dem Lehrtsuhl fml der TU München, neue Ansätze für die Fahrzeugkranberechnung zu schaffen, die eine deutliche Steigerung der Genauigkeit der Auslegungsberechnung erwarten lassen.
Neben der breit angelegten Gegenüberstellung von dynamischer und quasistatischer Fahrzeugkranberechnung ist das zentrale Ergebnis des Forschungsprojektes die Entwicklung von Schwingungsmodellen für die untersuchten Vorgänge Lastheben vom Boden, Drehen und Wippen. Mit Hilfe der Schwingungsmodelle lassen sich Dynamikbeiwerte bestimmen, die die Abhängigkeit der dynamischen Belastungen von der Gestalt des Auslegersystems, der Beschleunigung und Geschwindigkeit sowie der Beharrungszeit sehr genau in einer quasistatischen Berechnung abbilden. Dieses Verfahren bietet den entscheidenden Vorteil, dass sich die für Nachweise erforderlichen Teilsicherheitsbeiwerte in einfacher Weise anwenden lassen.
Das Forschungsprojekt wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft gefördert.