Calcul de la charge due au vent pour les ponts roulants : Guide complet sur la vitesse du vent, la pression du vent et les limites de conception

Le calcul de la charge due au vent sur les ponts roulants est un aspect fondamental de la conception structurelle et de la sécurité d'exploitation en extérieur de ces grues. Que ce soit pour la conception d'un pont roulant ou d'une grue en extérieur, le calcul de la charge due au vent est crucial. ponts roulants, portiquesPour la conception de grues RTG, RMG ou de portiques à conteneurs, les ingénieurs doivent déterminer avec précision la vitesse du vent, la pression du vent et les limites de vent en service afin de garantir la résistance structurelle, la stabilité et la résistance au renversement. Des calculs de charge du vent incorrects peuvent entraîner des contraintes structurelles excessives, le déraillement, le glissement, le renversement de la grue ou des dommages matériels importants en cas de vents violents ou de typhon.

Ce guide explique les principes d'ingénierie qui sous-tendent le calcul de la charge du vent sur les grues, en se basant sur les normes GB/T 3811-2008, GB/T 6067.1-2010, GB/T 28591-2012 et GB/T 43237-2023, et couvre les formules de pression du vent, les conversions de vitesse du vent, les classifications de la force du vent de Beaufort, les catégories de typhons et les limites de vitesse du vent de fonctionnement pour différents types de grues.

1. Exigences relatives à l'anémomètre et à l'alarme de vitesse du vent

1. Pour les grues de grande hauteur installées en extérieur, un anémomètre doit être installé en hauteur, face au vent, sur la grue. (GB/T 6067.1, article 9.6.1.1)
2. Les grues extérieures de grande hauteur doivent être équipées d'un dispositif d'alarme de vitesse du vent affichant la vitesse instantanée du vent et émettant un signal d'alarme lorsque la force du vent dépasse le seuil de vitesse du vent de conception en service. (Article 9.6.1.2)
3. L’utilisation de la grue est interdite lorsque la vitesse du vent dépasse la vitesse maximale de vent de travail spécifiée par le fabricant. (Article 17.1)

2. Vitesse du vent de conception et pression du vent de conception

La pression du vent de conception en service est divisée en deux niveaux :

• pⅠ — pression du vent nominale en conditions normales de fonctionnement, utilisée pour la sélection de la puissance du moteur (calcul de la résistance et vérification thermique)
• pII — pression maximale du vent en service, utilisée pour les contrôles de résistance, de rigidité et de stabilité des composants structurels, la vérification de la capacité de surcharge de l'entraînement, ainsi que la stabilité anti-retournement et la sécurité anti-dérapage en service.

pⅠ = 0,6 × pⅡ

La pression de vent de conception hors service pⅢ correspond à la pression maximale que la grue doit supporter lorsqu'elle est à l'arrêt. Elle sert aux vérifications de résistance hors service, à la vérification de la stabilité anti-basculement et à la conception des brides de rail, des dispositifs d'ancrage et des tirants anti-tempête.

La relation fondamentale entre la pression du vent et la vitesse du vent (applicable aux conditions de service et d'arrêt) :

p = 0,625 × Vs²

Relation de conversion cléLa vitesse du vent de conception Vs correspond à une rafale de 3 secondes mesurée à 10 m de hauteur en terrain dégagé. En service, Vs = vitesse moyenne du vent sur 10 minutes × 1,5 (voir tableau 3). Hors service, Vs = vitesse moyenne du vent sur 10 minutes × 1,4 (voir tableau 4). La vitesse moyenne du vent sur 10 minutes sert de référence pour l'échelle de force du vent météorologique.

La dérivation de base

D'après les tableaux 2 et 3, pour les grues fonctionnant dans des conditions de vent normales :

• Pression maximale admissible du vent : 250 N/m²
• Vitesse maximale du vent (rafale) : 20 m/s
• Force du vent correspondante : Force 6

C’est pourquoi l’alarme de vitesse du vent doit se déclencher à la force 6 — il s’agit de la vitesse limite des rafales pour laquelle la structure et la stabilité de la grue sont conçues en service normal.

D'après le tableau 4, pour les grues fluviales hors service :

• Pression minimale de vent hors service : 500 N/m²
• Vitesse minimale de vent hors service (rafale) : 28,3 m/s
• Force du vent correspondante : Force 8

C’est pourquoi la grue doit être ancrée à Force 8 — il s’agit de la condition minimale de mise hors service pour les grues terrestres.

3. Classification de l'échelle de force du vent

3.1 Terminologie

• vitesse du ventVitesse : distance horizontale parcourue par l’air par unité de temps. Unités courantes : m/s, km/h ou nœuds. (GB/T 28591-2012)
• force du ventL'intensité du vent, généralement exprimée en chiffres sur l'échelle de force du vent. L'échelle de Beaufort est utilisée internationalement. (GB/T 28591-2012)

3.2 Échelle de force du vent

Conformément à la norme GB/T 28591-2012 Échelle de force du vent, la force du vent est classée en 18 niveaux : de 0 à 17.

3.3 Échelle de Beaufort

L'échelle de Beaufort a été conçue par Francis Beaufort (1774-1857) en 1805 et étendue en 1946. Elle met en corrélation les niveaux de force du vent avec les caractéristiques observables de la surface terrestre.

4. Classification des typhons

Les typhons sont classés en cinq niveaux d'intensité : tempête tropicale, forte tempête tropicale, typhon, typhon violent et super typhon. Les vitesses moyennes maximales du vent près du centre et les caractéristiques correspondantes de la surface terrestre sont détaillées dans le tableau 7.

5. Limites de vitesse du vent pour le fonctionnement des grues, par type

NoteLes vitesses de vent mentionnées aux points 1 à 12 ci-dessus sont des vitesses de vent de conception, c'est-à-dire des rafales de 3 secondes, qui représentent 1,5 ou 1,4 fois les valeurs de référence de la classification météorologique des forces de vent. Pour les types de grues non mentionnés, veuillez vous référer à la norme produit applicable.

6. Résumé du calcul de la charge due au vent sur les ponts roulants

7. Calcul de la charge due au vent sur un pont roulant : principaux enseignements techniques

Le calcul précis de la charge due au vent sur les ponts roulants est fondamental pour la conception, l'exploitation et la maintenance en toute sécurité des équipements de levage extérieurs. En déterminant correctement la vitesse du vent de conception, la pression du vent, les combinaisons de charges et les limites de vent d'exploitation, les ingénieurs peuvent optimiser la conception structurelle, améliorer la stabilité anti-basculement et sélectionner les dispositifs de protection contre le vent appropriés, tels que les anémomètres, les pinces de rail, les systèmes d'ancrage et les dispositifs d'arrimage pour les tempêtes. La compréhension de la relation entre les données météorologiques sur le vent, la pression du vent de conception et les conditions d'exploitation du pont roulant est tout aussi importante pour prévenir les défaillances liées au vent et garantir la sécurité des opérations de levage.

Le respect des méthodes de calcul et des exigences de conception spécifiées dans la norme GB/T 3811, ainsi que des dispositions de sécurité de la norme GB/T 6067.1 et des normes applicables aux grues, permet aux fabricants, concepteurs et équipes de maintenance d'établir des procédures fiables d'évaluation de la charge du vent pour les ponts roulants, les portiques, les RTG, les RMG, les grues portuaires et autres équipements de levage extérieurs. Un calcul précis de la charge du vent améliore non seulement la sécurité d'exploitation, mais prolonge également la durée de vie des équipements et renforce leur fiabilité à long terme, même dans des conditions environnementales difficiles.

Normes de référence principales(Question sur les normes chinoises en matière de grues):

• GB/T 6067.1-2010 Règles de sécurité pour les appareils de levage — Partie 1 : Généralités
• GB/T 3811-2008 Règles de conception des grues
• GB/T 43237-2023 Directives publiques en matière de prévention des catastrophes météorologiques — Typhon
• Échelle de vent GB/T 28591-2012

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