Cranes — Proof of competence of steel structures

ISO 20332:2008 sets forth general conditions, requirements, methods and parameter values for performing proof-of-competence determinations of the steel structures of cranes based upon the limit state method. It is intended to be used together with the loads and load combinations of the applicable parts of ISO 8686. ISO 20332:2008 is general and covers cranes of all types. Other International Standards may give specific proof-of-competence requirements for particular crane types. It does not cover proof‑of‑competence calculations for components of accessories (e.g. hand rails, stairs, walkways, cabins), whose influence on the main structure nevertheless needs to be considered.

Appareils de levage à charge suspendue — Vérification d'aptitude des structures en acier

L'ISO 20332:2008 détermine les conditions générales, les exigences, les méthodes et les valeurs de paramètres pour effectuer les déterminations de vérification d'aptitude des structures métalliques des appareils de levage à charge suspendue, en se basant sur la méthode des états limites. Elle est destinée à être utilisée conjointement avec les parties applicables de l'ISO 8686 concernant les charges et combinaisons de charges. L'ISO 20332:2008 est générale et couvre tous les types d'appareils de levage à charge suspendue. D'autres Normes internationales peuvent donner des exigences spécifiques de vérification d'aptitude pour les types particuliers de grues. Elle ne couvre pas les calculs de vérification d'aptitude des accessoires (par exemple mains courantes, escaliers, passerelles, cabines). Cependant l'influence de telles fixations sur la structure principale nécessite d'être prise en compte.

General Information

Status
Withdrawn
Publication Date
07-Dec-2008
Withdrawal Date
07-Dec-2008
Current Stage
9599 - Withdrawal of International Standard
Start Date
01-Jun-2016
Completion Date
01-Jun-2016
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ISO 20332:2008 - Cranes -- Proof of competence of steel structures
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Standards Content (sample)

INTERNATIONAL ISO
STANDARD 20332
First edition
2008-12-15
Cranes — Proof of competence of steel
structures
Appareils de levage à charge suspendue — Vérification d'aptitude des
structures en acier
Reference number
ISO 20332:2008(E)
ISO 2008
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 20332:2008(E)
PDF disclaimer

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Published in Switzerland
ii © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 20332:2008(E)
Contents Page

Foreword............................................................................................................................................................. v

1 Scope ..................................................................................................................................................... 1

2 Normative references ........................................................................................................................... 1

3 Terms, definitions, symbols and abbreviations ................................................................................ 2

4 General................................................................................................................................................... 7

4.1 General principles................................................................................................................................. 7

4.2 Documentation...................................................................................................................................... 7

4.3 Alternative methods ............................................................................................................................. 7

4.4 Materials of structural members ......................................................................................................... 7

4.5 Bolted connections............................................................................................................................... 9

4.5.1 Bolt materials ........................................................................................................................................ 9

4.5.2 General................................................................................................................................................... 9

4.5.3 Shear and bearing connections .......................................................................................................... 9

4.5.4 Friction grip type (slip resistant) connections .................................................................................. 9

4.5.5 Connections loaded in tension ......................................................................................................... 10

4.6 Pinned connections............................................................................................................................ 10

4.7 Welded connections........................................................................................................................... 10

4.8 Proof of competence for structural members and connections.................................................... 11

5 Proof of static strength ...................................................................................................................... 11

5.1 General................................................................................................................................................. 11

5.2 Limit design stresses and forces...................................................................................................... 11

5.2.1 General................................................................................................................................................. 11

5.2.2 Limit design stress in structural members ...................................................................................... 12

5.2.3 Limit design forces in bolted connections ...................................................................................... 13

5.2.4 Limit design forces in pinned connections ..................................................................................... 22

5.2.5 Limit design stresses in welded connections ................................................................................. 25

5.3 Execution of the proof........................................................................................................................ 26

5.3.1 Proof for structural members ............................................................................................................ 26

5.3.2 Proof for bolted connections............................................................................................................. 27

5.3.3 Proof for pinned connections............................................................................................................ 27

5.3.4 Proof for welded connections ........................................................................................................... 28

6 Proof of fatigue strength.................................................................................................................... 28

6.1 General................................................................................................................................................. 28

6.2 Limit design stresses ......................................................................................................................... 29

6.2.1 Characteristic fatigue strength.......................................................................................................... 29

6.2.2 Weld quality......................................................................................................................................... 30

6.2.3 Requirements for fatigue testing ...................................................................................................... 31

6.3 Stress histories ................................................................................................................................... 32

6.3.1 Determination of stress histories...................................................................................................... 32

6.3.2 Frequency of occurrence of stress cycles....................................................................................... 32

6.3.3 Stress history parameter ................................................................................................................... 34

6.3.4 Determination of stress history class, S .......................................................................................... 36

6.4 Execution of the proof........................................................................................................................ 37

6.5 Determination of the limit design stress range ............................................................................... 37

6.5.1 Applicable methods............................................................................................................................ 37

6.5.2 Direct use of stress history parameter............................................................................................. 37

6.5.3 Use of S classes.................................................................................................................................. 38

6.5.4 Independent concurrent normal and/or shear stresses ................................................................. 39

© ISO 2008 – All rights reserved iii
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ISO 20332:2008(E)

Annex A (informative) Limit design shear force, F , in shank per bolt and per shear plane for

v,Rd

multiple shear plane connections ..................................................................................................... 40

Annex B (informative) Preloaded bolts .......................................................................................................... 41

Annex C (normative) Design weld stress, σw,Sd and τ ............................................................................ 43

w,Sd

Annex D (normative) Values of slope constant, m, and characteristic fatigue strength, ∆σ , ∆τ ............ 47

c c

Annex E (normative) Calculated values of limit design stress range, ∆σ ............................................... 64

Annex F (informative) Evaluation of stress cycles — Example ................................................................... 66

Annex G (informative) Calculation of stiffnesses for connections loaded in tension............................... 68

Bibliography ..................................................................................................................................................... 71

iv © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 20332:2008(E)
Foreword

ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards bodies

(ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out through ISO

technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical committee has been

established has the right to be represented on that committee. International organizations, governmental and

non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work. ISO collaborates closely with the

International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of electrotechnical standardization.

International Standards are drafted in accordance with the rules given in the ISO/IEC Directives, Part 2.

The main task of technical committees is to prepare International Standards. Draft International Standards

adopted by the technical committees are circulated to the member bodies for voting. Publication as an

International Standard requires approval by at least 75 % of the member bodies casting a vote.

Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of patent

rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.

ISO 20332 was prepared by Technical Committee ISO/TC 96, Cranes, Subcommittee SC 10, Design

principles and requirements.
© ISO 2008 – All rights reserved v
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INTERNATIONAL STANDARD ISO 20332:2008(E)
Cranes — Proof of competence of steel structures
1 Scope

This International Standard sets forth general conditions, requirements, methods and parameter values for

performing proof-of-competence determinations of the steel structures of cranes based upon the limit state

method. It is intended to be used together with the loads and load combinations of the applicable parts of

ISO 8686.

This International Standard is general and covers cranes of all types. Other International Standards may give

specific proof-of-competence requirements for particular crane types.

Proofs of competence, by theoretical calculations and/or testing, are intended to prevent hazards related to

the performance of the structure by establishing the limits of strength, e.g. yield, ultimate, fatigue, brittle

fracture.

According to ISO 8686-1, there are two general approaches to proof-of-competence calculations: the limit

state method employing partial safety factors, and the allowable stress method employing a global safety

factor. The allowable stress method is a permitted alternative to the limit state method as set forth in this

International Standard.

Proof-of-competence calculations for components of accessories (e.g. hand rails, stairs, walkways, cabins)

are not covered by this International Standard. However, the influence of such attachments on the main

structure needs to be considered.

NOTE Proof of competence for elastic stability is to be covered by another International Standard.

2 Normative references

The following referenced documents are indispensable for the application of this document. For dated

references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced

document (including any amendments) applies.

ISO 148-1:2006, Metallic materials — Charpy pendulum impact test — Part 1: Test method

ISO 273:1979, Fasteners — Clearance holes for bolts and screws

ISO 286-2:1988, ISO system of limits and fits — Part 2: Tables of standard tolerance grades and limit

deviations for holes and shafts, corrected by ISO 286-2:1988/Cor 1:2006
ISO 404:1992, Steel and steel products — General technical delivery requirements

ISO 898-1:— , Mechanical properties of fasteners made of carbon steel and alloy steel — Part 1: Bolts,

screws and studs with specified property classes — Coarse thread and fine pitch thread

ISO 4301-1:1986, Cranes and lifting appliances — Classification — Part 1: General

ISO 4306-1, Cranes — Vocabulary — Part 1: General
1) To be published. (Revision of ISO 898-1:1999)
© ISO 2008 – All rights reserved 1
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ISO 20332:2008(E)

ISO 5817:2003, Welding — Fusion-welded joints in steel, nickel, titanium and their alloys (beam welding

excluded) — Quality levels for imperfections, corrected by ISO 5817:2003/Cor 1:2006

ISO 8686 (all parts), Cranes — Design principles for loads and load combinations — Part 1: General

ISO 9013:2002, Thermal cutting — Classification of thermal cuts — Geometrical product specification and

quality tolerances

ISO 12100-1:2003, Safety of machinery — Basic concepts, general principles for design — Part 1: Basic

terminology, methodology

ISO 12100-2:2003, Safety of machinery — Basic concepts, general principles for design — Part 2: Technical

principles

ISO 17659:2002, Welding — Multilingual terms for welded joints with illustrations

3 Terms, definitions, symbols and abbreviations

For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 12100-1, ISO 12100-2, ISO 17659

and ISO 4306-1:2007, Clause 6, and the following terms, definitions, symbols and abbreviations (see Table 1)

apply.
3.1
grade of steel

marking that defines the strength of steel, usually defining yield stress, f , sometimes also ultimate strength, f

y u
3.2
quality of steel
marking that defines the impact toughness and test temperature of steel
Table 1 — Main symbols and abbreviations used in this International Standard
Symbols Description
Cross-section
A Equivalent area for calculation
A Net cross-sectional area at bolt or pin holes
A Minor area of the bolt
Stress area of the bolt
a Geometric dimension
Geometric dimension for weld penetration
a Effective weld thickness
b Geometric dimension
b Geometric dimension
Effective dimension for calculation
eff
b Geometric dimension
C Total number of working cycles
c Geometric dimension
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
D Diameter of the sheet
D Inner diameter of hollow pin
D Outer diameter of hollow pin
d Diameter (shank of bolt, pin)
d Diameter of the hole
d Diameter of the contact area of the bolt head
d Diameter of the hole
E Modulus of elasticity
e , e Edge distances
1 2
F Force
F Tensile force in bolt
F Limit design bearing force
b, Rd
F ; F Design bearing force
b,Sd bi,Sd
∆F Additional force
F Reduction in the compression force due to external tension
F Limit design tensile force
cs,Rd
F Limit force
F External force (on bolted connection)
e,t
F Characteristic value (force)
F Preloading force in bolt
F Design preloading force
p, d
F Limit design force
F Design force of the element
F Limit design slip force per bolt and friction interface
s, Rd
F Limit design tensile force per bolt
t, Rd
F External tensile force per bolt
t, Sd
F Limit design shear force per bolt/pin and shear plane
v, Rd
F Design shear force per bolt/pin and shear plane
v, Sd
F Acting normal/shear force
σ,τ
f Limit stress
f Characteristic value (stress)
f Limit design stress
f Ultimate strength of material
f Ultimate strength of bolts
f Ultimate strength of the weld
© ISO 2008 – All rights reserved 3
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
Limit design weld stress
w, Rd
f Yield stress of material or 0,2 % offset yield strength
f Yield stress of bolts
f Yield stress (minimum value) of base material or member
f Yield stress of pins
Thickness of workpiece
h Distance between weld and contact area of acting load
Stiffness (slope) of bolt
K Stiffness (slope) of flanges
k Stress spectrum factor based on m of the detail under consideration
k* Specific spectrum ratio factor
Effective length for tension
l Effective weld length
l Weld length
Effective length for tension without threat
l Effective length for tension with threat
M Limit design bending moment
M Design bending moment
m (negative inverse) slope constant of log σ/log N curve

Number of stress cycles to failure by fatigue for the stress cycle described by σ and σ

a,i m,j
N Number of cycles at the reference point
ref
Total number of occurrences
NC Notch class
NDT Non destructive testing
n Number of stress cycles with stress amplitude of range i
n Number of stress cycles of class ij
(r)
n Number of stress cycles of class ij occurring each time task r is carried out
Total number of stress cycles
Probability of survival
p , p Distances between bolt centres
1 2
Q Mass of the maximum hoist load
q Impact toughness parameter

R Constant stress ratio selected for one-parameter classification of stress cycles

Design resistance
4 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
Radius of wheel
Class of stress history parameter, s
S Design stresses or forces
Stress history parameter
T Temperature
TIG Tungsten inert gas
t Thickness
U Class of working cycles
u Shape factor
v Diameter ratio
W Elastic section modulus
Characteristic factor for bearing connection
α Relative number of working cycles for each task r
Characteristic factor for limit weld stress

Angles between the horizontal line and the line of N = constant in the σ –σ plane

α , α
a m
1 2
Fatigue strength specific resistance factor
γ General resistance factor
γ Partial safety factor
γ Total resistance factor
Total resistance factor of bolt
γ Total resistance factor for tension on sections with holes
γ Total resistance factor of members
Total resistance factor of pins
Total resistance factor of slip-resistance connection
γ Total resistance factor of welding connection
γ Specific resistance factor
Specific resistance factor of bolt
γ Specific resistance factor of members
γ Specific resistance factor of pins
Specific resistance factor of slip-resistance connection
Specific resistance factor for tension on sections with holes
γ Specific resistance factor of welding connection
∆δ Additional elongation
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
δ Elongation from preloading
Θ Incline of diagonal members
κ Dispersion angle
λ Width of contact area in weld direction
Slip factor
ν Relative total number of stress cycles (normalized)
Ratio of diameters
σ Indicate the respective stress
∆σ Stress range
Stress range i
∆σˆ Maximum stress range
Lower extreme value of stress cycle
∆σ Characteristic fatigue strength (normal stress)

σ Constant mean stress selected for one-parameter classification of stress cycles

Mean stress of range, j, resulting from rainflow or reservoir method
m,j
∆σ Limit design stress range (normal)
∆σ Limit design stress range for k* = 1
Rd,1
σ Design stress (normal)
Design stress range (normal)
σ Upper extreme value of stress cycle
σ Design weld stress (normal)
w, Sd
Normal stress component in direction x, y
σ , σ
x y
Maximum stress amplitude
min σ, max σ Extreme values of stresses
Shear stress
∆τ Characteristic fatigue strength (shear stress)
Design stress (shear)
∆τ Design stress range (shear)
∆τ Limit design stress range (shear)
Design weld stress (shear)
w, Sd
Dynamic factor
6 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 20332:2008(E)
4 General
4.1 General principles

Proof-of-competence calculations shall be done for components, members and details exposed to loading or

repetitive loading cycles that could cause failure, cracking or distortion interfering with crane functions.

NOTE See ISO 8686 for further information applicable to the various types of crane. Not all calculations are

applicable for every crane type.
4.2 Documentation
The documentation of the proof of competence shall include
⎯ design assumptions including calculation models,
⎯ applicable loads and load combinations,
⎯ material properties,
⎯ weld quality classes in accordance with ISO 5817, and
⎯ properties of connecting elements.
4.3 Alternative methods

The competence may be verified by experimental methods in addition to, or in coordination with, the

calculations. The magnitude and distribution of loads during tests shall correspond to the design loads and

load combinations for the relevant limit states.

Alternatively, advanced and recognized theoretical or experimental methods generally may be used, provided

that they conform to the principles of this International Standard.
4.4 Materials of structural members

It is recommended that steels in accordance with the following International Standards be used:

[1]
⎯ ISO 630 as amended ;
[7]
⎯ ISO 6930-1 ;
[3]
⎯ ISO 4950 ;
[4], [5], [6]
⎯ ISO 4951-1, ISO 4951-2 and ISO 4951-3 .

Where other steels are used, the specific values of strengths f and f have to be known. The mechanical

u y

properties and the chemical composition shall be specified according to ISO 404. When used in welded

structures, the weldability shall be demonstrated.

When verifying the grade and quality of the steel (see referenced International Standards) used for tensile

members, the sum of impact toughness parameters, q , shall be taken into account. Table 2 gives q for

i i

various influences. The required impact energy/test temperatures in dependence of q are shown in

∑ i

Table 3 and shall be specified by the steel manufacturer on the basis of ISO 148-1.

© ISO 2008 – All rights reserved 7
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ISO 20332:2008(E)
Table 2 — Impact toughness parameters, q
i Influence
0u T 0
−20u T< 0
1 Temperature T (°C) of operating environment
−40u T<−20
−50u T<−40 4
f u 300
300< f u 460
Yield stress f (N/mm )
460< f u 700
y y 2
700< f u1 000
1000< f
Material thickness t (mm) tu10
Equivalent thickness t for solid bars: 10< tu 20
20< tu 50 2
50< tu100
d b b
t= for < 1,8 : t=
t> 100
1, 8 h 1, 8
∆>σ 125
80<∆σ u125
Stress concentration and notch class ∆σ (N/mm )
(see Annex D)
56<∆σ u 80 2
∆σ u 56
NOTE For environmental temperatures below −50°C, special measures are required.
Table 3 — Impact toughness requirement for q
∑ i
q u 3 46uuq 79uuq q W10
i i i i
∑ ∑ ∑ ∑
Impact energy/
27 J / + 20°C 27 J / 0°C 27 J / − 20°C 27 J / − 40°C
test temperature requirement
8 © ISO 2008 – All rights reserved
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ISO 20332:2008(E)
4.5 Bolted connections
4.5.1 Bolt materials

For bolted connections, bolts of the property classes (bolt grades) ISO 898-1:—, 4.6, 5.6, 8.8, 10.9 or 12.9,

shall be used. Table 4 shows nominal values of the strengths.
Table 4 — Property classes (bolt grades)
Property class
4.6 5.6 8.8 10.9 12.9
(bolt grade)
f (N/mm) 240 300 640 900 1 080
f (N/mm ) 400 500 800 1 000 1 200

Where necessary, the designer should ask the bolt provider to demonstrate compliance with the requirements

for protection against hydrogen brittleness relative to the property classes (bolt grades) 10.9 and 12.9.

Technical requirements can be found in ISO 15330, ISO 4042 and ISO 9587.
4.5.2 General

For the purposes of this International Standard, bolted connections are connections between members and/or

components utilizing bolts where the following applies:

⎯ bolts shall be tightened sufficiently to compress the joint surfaces together, when subjected to vibrations,

reversals or fluctuations in loading, or where slippage can cause deleterious changes in geometry;

⎯ other bolted connections can be made wrench tight;

⎯ the joint surfaces shall be secured against rotation (e.g. by using multiple bolts).

4.5.3 Shear and bearing connections

For the purposes of this International Standard, shear and bearing connections are those connections where

the loads act perpendicular to the bolt axis and cause shear and bearing stresses in the bolts and bearing

stresses in the connected parts, and where the following applies:

⎯ the clearance between the bolt and the hole shall conform to ISO 286-2:1988, tolerances h13 and H11, or

closer, when bolts are exposed to load reversal or where slippage may cause deleterious changes in

geometry;
⎯ in other cases, wider clearances according to ISO 273 may be used,

⎯ only the unthreaded part of the shank shall be considered in the bearing calculations;

⎯ special surface treatment of the contact surfaces is not required.
4.5.4 Friction grip type (slip resistant) connections

For the purposes of this International Standard, friction grip connections are those connections where the

loads are transmitted by friction between the joint surfaces, and where the following applies:

⎯ high strength bolts of property classes (bolt grades) ISO 898-1:—, 8.8, 10.9 or 12.9 shall be used;

⎯ bolts shall be tightened by a controlled method to a specified preloading state;

⎯ the surface condition of the contact surfaces shall be specified and taken into account accordingly;

⎯ in addition to standard holes, oversized and slotted holes may be used.
© ISO 2008 – All rights reserved 9
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ISO 20332:2008(E)
4.5.5 Connections loaded in tension

For the purposes of this International Standard, connections loaded in tension are those connections where

the loads act in the direction of the bolt axis and cause axial stresses in the bolts, and where the following

applies:

⎯ preloaded joints shall comprise high strength bolts of property classes (bolt grades) ISO 898-1:—, 8.8,

10.9 or 12.9 tightened by a controlled method to a specified preloading state;

⎯ the additional bolt tension that can be induced by leverage action (prying) due to joint geometry shall be

considered;

⎯ evaluation of bolt fatigue shall consider variations in bolt tension affected by the structural features of the

joint, e.g. stiffness of the connected parts and prying action.
NOTE Bolts in tension that are not preloaded are treated as structural members.
4.6 Pinned connections

For the purposes of this International Standard, pinned connections are connections that do not constrain

rotation between the connected parts. Only round pins are considered.

The requirements herein apply to pinned connections designed to carry loads, i.e. they do not apply to

connections made only as a convenient means of attachment.

Clearance between pin and hole shall be according to ISO 286-2:1988, tolerances h13 and H13, or closer. In

case of loads with changing directions, closer tolerances shall be applied.

All pins shall be furnished with retaining means to prevent the pins from becoming displaced from the hole.

When pinned connections are intended to permit rotation under load, the retaining means shall restrict the

axial displacement of the pin.
In order to inhibit local out-
...

NORME ISO
INTERNATIONALE 20332
Première édition
2008-12-15
Appareils de levage à charge
suspendue — Vérification d'aptitude des
structures en acier
Cranes — Proof of competence of steel structures
Numéro de référence
ISO 20332:2008(F)
ISO 2008
---------------------- Page: 1 ----------------------
ISO 20332:2008(F)
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ISO 20332:2008(F)
Sommaire Page

Avant-propos...................................................................................................................................................... v

1 Domaine d'application.......................................................................................................................... 1

2 Références normatives ........................................................................................................................ 1

3 Définitions, symboles et abréviations ................................................................................................ 2

4 Généralités ............................................................................................................................................ 7

4.1 Principes généraux............................................................................................................................... 7

4.2 Documentation...................................................................................................................................... 7

4.3 Méthodes alternatives .......................................................................................................................... 7

4.4 Matériaux des éléments structuraux .................................................................................................. 7

4.5 Assemblages par boulons ................................................................................................................... 9

4.5.1 Matériaux des boulons......................................................................................................................... 9

4.5.2 Généralités ............................................................................................................................................ 9

4.5.3 Assemblages travaillant au cisaillement et à la pression diamétrale (matage) ............................. 9

4.5.4 Assemblages de type résistant au glissement................................................................................ 10

4.5.5 Assemblages travaillant en traction ................................................................................................. 10

4.6 Assemblages articulés....................................................................................................................... 10

4.7 Assemblages soudés ......................................................................................................................... 11

4.8 Vérification des éléments structuraux et des assemblages .......................................................... 11

5 Vérification de la résistance statique ............................................................................................... 11

5.1 Généralités .......................................................................................................................................... 11

5.2 Contraintes et forces limites de calcul............................................................................................. 12

5.2.1 Généralités .......................................................................................................................................... 12

5.2.2 Contrainte limite de calcul des éléments structuraux .................................................................... 12

5.2.3 Forces limites de calcul exercées sur les assemblages boulonnés............................................. 14

5.2.4 Forces limites de calcul dans les assemblages articulés .............................................................. 22

5.2.5 Contraintes limites de calcul pour les assemblages soudés ........................................................ 25

5.3 Réalisation de la vérification ............................................................................................................. 26

5.3.1 Vérification des éléments structuraux.............................................................................................. 26

5.3.2 Vérification des assemblages boulonnés ........................................................................................ 27

5.3.3 Vérification des assemblages articulés............................................................................................ 27

5.3.4 Vérification des assemblages soudés.............................................................................................. 28

6 Vérification de la résistance à la fatigue .......................................................................................... 28

6.1 Généralités .......................................................................................................................................... 28

6.2 Contraintes limites de calcul ............................................................................................................. 29

6.2.1 Valeurs caractéristiques de résistance à la fatigue ........................................................................ 29

6.2.2 Qualité de soudage............................................................................................................................. 31

6.2.3 Prescriptions pour les essais de fatigue.......................................................................................... 32

6.3 Historiques de contrainte .................................................................................................................. 32

6.3.1 Détermination des historiques de contrainte .................................................................................. 32

6.3.2 Fréquence des cycles de contraintes............................................................................................... 33

6.3.3 Paramètres d'historique de contrainte ............................................................................................. 34

6.3.4 Détermination des classes d'historique de contrainte, S............................................................... 36

6.4 Réalisation de la vérification ............................................................................................................. 37

6.5 Détermination de l'étendue de contrainte limite.............................................................................. 38

6.5.1 Méthodes applicables......................................................................................................................... 38

6.5.2 Utilisation directe du paramètre d'historique de contrainte .......................................................... 38

6.5.3 Utilisation de la classe S.................................................................................................................... 38

6.5.4 Contraintes de cisaillement et/ou normales indépendantes concurrentes.................................. 40

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ISO 20332:2008(F)

Annexe A (informative) Effort limite de cisaillement de calcul, F , dans la tige par boulon et par

v,Rd

plan de cisaillement pour les assemblages à plans de cisaillement multiples............................ 41

Annexe B (informative) Boulons préchargés................................................................................................. 42

Annexe C (normative) Contrainte de calcul de soudure, σ et τ ...................................................... 44

w,Sd w,Sd

Annexe D (normative) Valeurs de la constante de pente, m, et des résistances à la fatigue

caractéristiques, ∆σ , ∆τ .................................................................................................................... 49

c c

Annexe E (normative) Valeurs calculées de l'étendue de contrainte limite de calcul, ∆σ .................... 68

Annexe F (informative) Évaluation des cycles de contraintes — Exemple ................................................ 70

Annexe G (informative) Calcul des rigidités pour des assemblages travaillant en traction..................... 72

Bibliographie .................................................................................................................................................... 75

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ISO 20332:2008(F)
Avant-propos

L'ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d'organismes nationaux de

normalisation (comités membres de l'ISO). L'élaboration des Normes internationales est en général confiée

aux comités techniques de l'ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude a le droit de faire partie du

comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales, gouvernementales et non

gouvernementales, en liaison avec l'ISO participent également aux travaux. L'ISO collabore étroitement avec

la Commission électrotechnique internationale (CEI) en ce qui concerne la normalisation électrotechnique.

Les Normes internationales sont rédigées conformément aux règles données dans les Directives ISO/CEI,

Partie 2.

La tâche principale des comités techniques est d'élaborer les Normes internationales. Les projets de Normes

internationales adoptés par les comités techniques sont soumis aux comités membres pour vote. Leur

publication comme Normes internationales requiert l'approbation de 75 % au moins des comités membres

votants.

L'attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l'objet de

droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L'ISO ne saurait être tenue pour responsable de ne

pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence.

L'ISO 20332 a été élaborée par le comité technique ISO/TC 96, Appareils de levage à charge suspendue,

sous-comité SC 10, Conception — Principes et exigences.
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NORME INTERNATIONALE ISO 20332:2008(F)
Appareils de levage à charge suspendue — Vérification
d'aptitude des structures en acier
1 Domaine d'application

La présente Norme internationale détermine les conditions générales, les exigences, les méthodes et les

valeurs de paramètres pour effectuer les déterminations de vérification d'aptitude des structures métalliques

des appareils de levage à charge suspendue, en se basant sur la méthode des états limites. Elle est destinée

à être utilisée conjointement avec les parties applicables de l'ISO 8686 concernant les charges et

combinaisons de charges.

La présente Norme internationale est générale et couvre tous les types d'appareils de levage à charge

suspendue. D'autres Normes internationales peuvent donner des exigences spécifiques de vérification

d'aptitude pour les types particuliers de grues.

Des vérifications d'aptitude, par calculs théoriques et/ou essais, sont destinées à prévenir les risques en

rapport avec la performance de la structure en établissant les limites de résistance, par exemple à l'élasticité,

à la rupture, à la fatigue, à la rupture fragile.

Selon l'ISO 8686-1, il existe deux approches générales pour les calculs de vérification d'aptitude: ce sont la

méthode des états limites, utilisant les facteurs partiels de sécurité, et la méthode des contraintes admissibles,

utilisant un facteur global de sécurité. La méthode des contraintes admissibles peut être utilisée à la place de

la méthode des états limites qui fait l'objet de la présente Norme internationale.

La présente Norme internationale ne couvre pas les calculs de vérification d'aptitude des accessoires (par

exemple mains courantes, escaliers, passerelles, cabines). Cependant l'influence de telles fixations sur la

structure principale nécessite d'être prise en compte.

Cependant l'influence de telles fixations sur la structure principale nécessite d'être prise en compte.

NOTE La vérification d'aptitude pour la stabilité élastique sera traitée dans une autre Norme internationale.

2 Références normatives

Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent document. Pour les

références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non datées, la dernière édition du

document de référence s'applique (y compris les éventuels amendements).

ISO 148-1:2006, Matériaux métalliques — Essai de flexion par choc sur éprouvette Charpy — Partie 1:

Méthode d'essai
ISO 273:1979, Éléments de fixation — Trous de passage pour vis

ISO 286-2:1988, Système ISO de tolérances et d'ajustements — Partie 2: Tables des degrés de tolérance

normalisés et des écarts limites des alésages et des arbres, et ISO 286-2:1988/Cor 1:2006

ISO 404:1992, Acier et produits sidérurgiques — Conditions générales techniques de livraison

© ISO 2008 – Tous droits réservés 1
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ISO 20332:2008(F)

ISO 898-1:— , Caractéristiques mécaniques des éléments de fixation en acier au carbone et en acier allié —

Partie 1: Vis, goujons et tiges filetées de classes de qualité spécifiées — Filetages à pas gros et filetages à

pas fin

ISO 4301-1:1986, Grues et appareils de levage — Classification — Partie 1: Généralités

ISO 4306-1, Appareils de levage à charge suspendue — Vocabulaire — Partie 1: Généralités

ISO 5817:2003, Soudage — Assemblages en acier, nickel, titane et leurs alliages soudés par fusion (soudage

par faisceau exclu) — Niveaux de qualité par rapport aux défauts, et ISO 5817:2003/Cor 1:2006

ISO 8686 (toutes les parties), Appareils de levage à charge suspendue — Principes de calcul des charges et

des combinaisons de charge

ISO 9013:2002, Coupage thermique — Classification des coupes thermiques — Spécification géométrique

des produits et tolérances relatives à la qualité

ISO 12100-1:2003, Sécurité des machines — Notions fondamentales, principes généraux de conception —

Partie 1: Terminologie de base, méthodologie

ISO 12100-2:2003, Sécurité des machines — Notions fondamentales, principes généraux de conception —

Partie 2: Principes techniques

ISO 17659:2002, Soudage — Liste multilingue de termes relatifs aux assemblages et aux joints soudés, avec

illustrations
3 Définitions, symboles et abréviations

Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l'ISO 12100-1, l'ISO 12100-2,

l'ISO 17659 et l'ISO 4306-1:2007, Article 6, ainsi que les termes, définitions, symboles et abréviations

suivants s'appliquent. Voir le Tableau 1.
3.1
nuance de l'acier

marquage qui définit la résistance de l'acier, définissant habituellement la limite élastique, f , et parfois la

résistance à la traction, f
3.2
qualité de l'acier
marquage qui définit la résistance au choc et la température d'essai de l'acier

Tableau 1 — Principaux symboles et abréviations utilisés dans la présente Norme internationale

Symboles Description
A section transversale
A surface équivalente pour le calcul
A surface nette de la section transversale au droit des trous de boulon ou d'axe
A surface réduite d'un boulon
A section résistante d'un boulon
a dimension géométrique
a dimension géométrique pour la pénétration à la soudure
1) À publier. (Révision de l'ISO 898-1:1999)
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Tableau 1 (suite)
Symboles Description
a largeur de gorge efficace
b dimension géométrique
b dimension géométrique
b dimension effective pour le calcul
eff
b dimension géométrique
C nombre total de cycles de travail
c dimension géométrique
D diamètre du cylindre équivalent
D diamètre intérieur de l'axe creux
D diamètre extérieur de l'axe creux
d diamètre (tige de boulon, axe)
d diamètre de trou
d diamètre de la surface de contact de la tête de vis
d diamètre du trou de passage
E module d'élasticité
e , e distances
1 2
F force
F force de traction dans le boulon
F effort limite de pression diamétrale de calcul
b, Rd
F ; F effort de pression diamétrale
b,Sd bi,Sd
∆F force supplémentaire
F réduction de la force de compression due à la traction extérieure
F force limite de calcul de traction
cs,Rd
F force limite
F force extérieure (sur un assemblage boulonné)
e,t
F valeur caractéristique (force)
F effort de précharge du boulon
F effort de précharge de calcul
p, d
F force limite de calcul
F effort de calcul de l'élément
F force limite de calcul de glissement par boulon et interface de frottement
s, Rd
F force limite de calcul de traction du boulon
t, Rd
F force extérieure de traction par boulon
t, Sd
F effort limite de cisaillement de calcul par boulon/axe et plan de cisaillement
v, Rd
F effort de cisaillement de calcul par boulon/axe et plan de cisaillement
v, Sd
F effort normal/tranchant agissant
σ,τ
f contrainte limite
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Tableau 1 (suite)
Symboles Description
f valeur caractéristique (contrainte)
f contrainte limite de calcul
f résistance à la traction d'un matériau
f résistance à la traction des boulons
f résistance à la traction de la soudure
f contrainte limite de calcul de la soudure
w, Rd
f limite élastique, ou limite élastique avec une déformation permanente de 0,2 %
f limite élastique des boulons
f limite élastique (valeur nominale) d'un matériau de base ou d'un élément
f limite élastique des axes
h épaisseur de l'échantillon
h distance entre la soudure et la surface de contact de l'effort agissant
K rigidité d'un boulon
K rigidité des semelles

k facteur du spectre de contrainte basé sur la valeur m de l'élément pris en considération

k* facteur spécifique du rapport de spectres
l longueur efficace de serrage
l longueur efficace de soudure
l longueur de soudure
l longueur utile pour la traction sans risque
l longueur utile pour la traction avec risque
M moment limite de flexion de calcul
M moment de flexion de calcul
m (inverse négatif) constante de pente de la courbe log σ/log N

nombre d'étendues de contrainte de rupture par fatigue pour un cycle de contrainte décrit par

σ et σ
a,i m,j
N nombre d'étendues de référence
ref
N nombre total d'occurrences
NC classe d'entaille(s)
NDT essai non destructif
n nombre de cycles de contrainte avec amplitude de contrainte de plage i
n nombre de cycles de contrainte de catégorie ij
(r)
n nombre de cycles de contrainte de catégorie ij par tâche r effectuée
nˆ nombre total de cycles de contrainte
P probabilité de survie
p , p distances entre centres de boulons
1 2
Q masse de la charge de levage maximale
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Tableau 1 (suite)
Symboles Description
q paramètre de résistance au choc

rapport de contrainte constant choisi pour la classification à un paramètre des cycles

de contrainte
R résistance de calcul
r rayon de galet
S classe du paramètre d'historique de contrainte, s
S contraintes ou forces de calcul
s paramètre d'historique de contrainte
T température
TIG soudage à l'arc en atmosphère inerte avec l'électrode de tungstène
t épaisseur
U classe de cycles de travail
u facteur de forme
v rapport des diamètres
W module élastique
α facteur caractéristique d'un assemblage à pression diamétrale
α nombre relatif de cycles de travail pour chaque tâche r
α facteur caractéristique d'une contrainte limite de soudure

α , α angles entre la ligne horizontale et les lignes de la constante N dans le plan σ –σ

a m
1 2
γ facteur spécifique de résistance à la fatigue
γ facteur général de résistance
γ facteur partiel de sécurité
γ facteur total de résistance
γ facteur résultant de résistance d'un boulon
γ facteur résultant de résistance pour la traction sur des sections perforées
γ facteur résultant de résistance des éléments
γ facteur spécifique de résistance des axes
γ facteur résultant de résistance d'un assemblage résistant au glissement
γ facteur résultant de résistance d'un assemblage soudé
γ facteur spécifique de résistance
γ facteur spécifique de résistance d'un boulon
γ facteur spécifique de résistance des éléments
γ facteur spécifique de résistance des axes
γ facteur spécifique de résistance d'un assemblage résistant au glissement
γ facteur spécifique de résistance pour la traction sur des sections perforées
γ facteur spécifique de résistance d'un assemblage soudé
∆δ allongement supplémentaire
δ allongement dû à la précharge
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Tableau 1 (suite)
Symboles Description
Θ inclinaison des éléments diagonaux
κ angle d'écartement
λ largeur de la surface de contact dans la direction de la soudure
µ facteur de glissement
ν nombre total relatif des étendues de plage (normalisé)
ν rapport des diamètres
σ indique la contrainte respective
∆σ étendue de contrainte
∆σ étendue de contrainte, i
∆σ étendue de contrainte maximale
σ valeur extrême inférieure du cycle de contrainte
∆σ résistance à la fatigue caractéristique (contrainte normale)

contrainte moyenne constante choisi pour la classification à un paramètre des cycles

de contrainte

contrainte moyenne de catégorie, j, résultant de la méthode du «rainflow» ou de la méthode du

m,j
réservoir
∆σ étendue de contrainte (normale) limite de calcul
∆σ étendue de contrainte limite de calcul pour k* = 1
Rd,1
σ contrainte (normale) de calcul
∆σ plage des contraintes (normales) de calcul
σ valeur extrême supérieure du cycle de contrainte
σ contrainte (normale) de calcul dans la soudure
w, Sd
σ , σ élément de contrainte normale dans la direction x, y
x y
σ amplitude de contrainte maximale
min σ, max σ valeurs extrêmes de contraintes
τ contrainte de cisaillement
∆τ résistance à la fatigue caractéristique (contrainte de cisaillement)
τ contrainte de calcul (cisaillement)
∆τ étendue de contrainte de calcul (cisaillement)
∆τ étendue de contrainte limite de calcul (cisaillement)
τ contrainte de calcul dans la soudure (cisaillement)
w,Sd
φ facteur dynamique
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4 Généralités
4.1 Principes généraux

Les calculs de vérification d'aptitude doivent avoir lieu pour les composants, les éléments et les détails

exposés au chargement ou aux cycles de chargement répétitifs à même de causer des défaillances, des

fissures ou des déformations interférant avec les fonctions de l'appareil de levage.

NOTE Voir l'ISO 8686 pour des informations supplémentaires applicables aux différents types d'appareils de levage.

Tous les calculs ne sont pas applicables à chaque type d'appareil de levage.
4.2 Documentation
La documentation relative à l'épreuve d'aptitude doit inclure
⎯ les hypothèses de calcul y compris les modèles de calcul,
⎯ les charges et combinaisons de charges applicables,
⎯ les propriétés des matériaux,
⎯ les classes de qualité des soudures, conformément à l'ISO 5817, et
⎯ les propriétés des éléments d'assemblage.
4.3 Méthodes alternatives

L'aptitude peut être vérifiée par des méthodes expérimentales avec des calculs ou en coordination avec des

calculs. L'amplitude et la répartition des charges pendant les essais doivent correspondre aux charges de

calcul et aux combinaisons de charges de calcul pour les états limites appropriés.

Alternativement, des méthodes théoriques ou expérimentales avancées et reconnues peuvent être utilisées

de manière générale, à condition qu'elles soient conformes aux principes de la présente Norme internationale.

4.4 Matériaux des éléments structuraux

Il est recommandé d'utiliser les aciers répondant aux Normes internationales suivantes.

[1]
⎯ ISO 630 amendée ;
[7]
⎯ ISO 6930-1 ;
[3]
⎯ ISO 4950 ;
[4], [5], [6]
⎯ ISO 4951-1, ISO 4951-2 et ISO 4951-3 .

Lorsque d'autres aciers sont utilisés, les valeurs spécifiques de résistance f et f doivent être connues.

u y

Les propriétés mécaniques et la composition chimique doivent être spécifiées conformément à l'ISO 404.

Lorsqu'elle est utilisée dans les structures soudées, la soudabilité doit être démontrée.

Lors de la vérification de la nuance et de la qualité de l'acier (voir les Normes internationales référencées)

utilisées pour les éléments en traction, la somme des paramètres de résistance au choc q doit être

prise en compte. Le Tableau 2 donne q pour diverses influences. L'énergie de rupture par choc/les

températures d'essai requises dépendant de q sont données au Tableau 3; celles-ci doivent être spécifiées

∑ i
par le fabricant d'acier sur la base de l'ISO 148-1.
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ISO 20332:2008(F)
Tableau 2 — Paramètres de résistance au choc, q
i Influence
0u T 0
−20u T < 0
1 Température T (°C) de service
−40u T <−20
−50u T <−40 4
f u 300
300 < f u 460
Limite d'élasticité f (N/mm )
460 < f u 700
y y 2
700 < f u1 000
1000 < f
tu10
Épaisseur du matériau t (mm)
Épaisseur équivalente t pour les barres pleines
10 < tu 20
20 < tu 50
50 < tu100
d b b
t = pour < 1,8 : t =
t > 100
1, 8 h 1, 8
∆>σ 125
80<∆σ u125 1
Concentration de contrainte et classe d'entaille ∆σ
(N/mm ) (voir Annexe D)
56<∆σ u 80
∆σ u 56

NOTE Pour les températures environnementales inférieures à −50 °C des mesures spéciales sont requises.

Tableau 3 — Exigences de résistance au choc pour q
∑ i
q u 3 46uuq 79uuq q W10
i i i i
∑ ∑ ∑ ∑
Exigence relative à l'énergie de
27 J / +20 °C 27 J / 0 °C 27 J / −20 °C 27 J / −40 °C
rupture/température d'essai
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4.5 Assemblages boulonnés
4.5.1 Matériaux des boulons

Pour les assemblages boulonnés, des boulons des classes de qualité (classes de boulon), ISO 898-1:—, 4.6,

5.6, 8.8, 10.9 ou 12.9 doivent être utilisés. Les valeurs nominales de résistance sont données dans le

Tableau 4.
Tableau 4 — Classes de qualité (classes de boulon)
Classe de qualité
4.6 5.6 8.8 10.9 12.9
(classe du boulon)
240 300 640 900 1 080
f (N/mm )
400 500 800 1 000 1 200
f (N/mm )

Le cas échéant, il convient que le concepteur demande au fournisseur de boulons de démontrer la conformité

aux exigences concernant la protection contre la rupture fragile due à l'hydrogène, pour les classes de qualité

10.9 et 12.9. Des exigences techniques peuvent être trouvées dans l'ISO 15330, l'ISO 4042 et l'ISO 9587.

4.5.2 Généralités

Pour les besoins de la présente Norme internationale, les assemblages boulonnés sont des assemblages

entre les éléments et/ou les composants utilisant des boulons pour lesquels

⎯ les boulons doivent être suffisamment serrés pour comprimer les surfaces de contact l'une contre l'autre,

lorsqu'elles sont soumises aux vibrations, aux inversions ou aux fluctuations du chargement, ou lorsque

le glissement peut causer des changements nuisibles de géométrie,
⎯ d'autres assemblages boulonnés peuvent être serrés au couple, et

⎯ les surfaces de contact doivent être sécurisées vis-à-vis de toute rotation (par exemple en utilisant

plusieurs boulons).

4.5.3 Assemblages travaillant au cisaillement et à la pression diamétrale (matage)

...

Questions, Comments and Discussion

Ask us and Technical Secretary will try to provide an answer. You can facilitate discussion about the standard in here.