ISO 20332:2008
(Main)Cranes — Proof of competence of steel structures
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.
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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
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ISO 20332:2008(E)
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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
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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
Rd
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
1)
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
A
Cross-section
A Equivalent area for calculation
eq
A Net cross-sectional area at bolt or pin holes
n
A Minor area of the bolt
r
A
Stress area of the bolt
S
a Geometric dimension
a
Geometric dimension for weld penetration
hi
a Effective weld thickness
r
b Geometric dimension
b Geometric dimension
c
b
Effective dimension for calculation
eff
b Geometric dimension
l
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
A
D Inner diameter of hollow pin
i
D Outer diameter of hollow pin
o
d Diameter (shank of bolt, pin)
d Diameter of the hole
h
d Diameter of the contact area of the bolt head
w
d Diameter of the hole
o
E Modulus of elasticity
e , e Edge distances
1 2
F Force
F Tensile force in bolt
b
F Limit design bearing force
b, Rd
F ; F Design bearing force
b,Sd bi,Sd
∆F Additional force
b
F Reduction in the compression force due to external tension
cr
F Limit design tensile force
cs,Rd
F Limit force
d
F External force (on bolted connection)
e,t
F Characteristic value (force)
k
F Preloading force in bolt
p
F Design preloading force
p, d
F Limit design force
Rd
F Design force of the element
Sd
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
d
f Characteristic value (stress)
k
f Limit design stress
Rd
f Ultimate strength of material
u
f Ultimate strength of bolts
ub
f Ultimate strength of the weld
uw
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
f
Limit design weld stress
w, Rd
f Yield stress of material or 0,2 % offset yield strength
y
f Yield stress of bolts
yb
f Yield stress (minimum value) of base material or member
yk
f Yield stress of pins
yp
h
Thickness of workpiece
h Distance between weld and contact area of acting load
d
K
Stiffness (slope) of bolt
b
K Stiffness (slope) of flanges
c
k Stress spectrum factor based on m of the detail under consideration
m
k* Specific spectrum ratio factor
l
Effective length for tension
k
l Effective weld length
r
l Weld length
w
l
Effective length for tension without threat
1
l Effective length for tension with threat
2
M Limit design bending moment
Rd
M Design bending moment
Sd
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
N
a,i m,j
N Number of cycles at the reference point
ref
N
Total number of occurrences
t
NC Notch class
NDT Non destructive testing
n Number of stress cycles with stress amplitude of range i
i
n Number of stress cycles of class ij
ij
(r)
n Number of stress cycles of class ij occurring each time task r is carried out
ij
Total number of stress cycles
nˆ
P
Probability of survival
s
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
R
Design resistance
d
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
r
Radius of wheel
Class of stress history parameter, s
S
S Design stresses or forces
d
s
Stress history parameter
m
T Temperature
TIG Tungsten inert gas
t Thickness
U Class of working cycles
u Shape factor
v Diameter ratio
W Elastic section modulus
el
Characteristic factor for bearing connection
α
α Relative number of working cycles for each task r
r
Characteristic factor for limit weld stress
α
w
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
mf
γ General resistance factor
m
γ Partial safety factor
p
γ Total resistance factor
R
Total resistance factor of bolt
γ
Rb
γ Total resistance factor for tension on sections with holes
Rc
γ Total resistance factor of members
Rm
Total resistance factor of pins
γ
Rp
Total resistance factor of slip-resistance connection
γ
Rs
γ Total resistance factor of welding connection
Rw
γ Specific resistance factor
s
Specific resistance factor of bolt
γ
sb
γ Specific resistance factor of members
sm
γ Specific resistance factor of pins
sp
Specific resistance factor of slip-resistance connection
γ
ss
Specific resistance factor for tension on sections with holes
γ
st
γ Specific resistance factor of welding connection
sw
∆δ Additional elongation
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ISO 20332:2008(E)
Table 1 (continued)
Symbols Description
δ Elongation from preloading
p
Θ Incline of diagonal members
i
κ Dispersion angle
λ Width of contact area in weld direction
µ
Slip factor
ν Relative total number of stress cycles (normalized)
ν
Ratio of diameters
D
σ Indicate the respective stress
∆σ Stress range
Stress range i
∆σ
i
∆σˆ Maximum stress range
Lower extreme value of stress cycle
σ
b
∆σ Characteristic fatigue strength (normal stress)
c
σ Constant mean stress selected for one-parameter classification of stress cycles
m
Mean stress of range, j, resulting from rainflow or reservoir method
σ
m,j
∆σ Limit design stress range (normal)
Rd
∆σ Limit design stress range for k* = 1
Rd,1
σ Design stress (normal)
Sd
Design stress range (normal)
∆σ
Sd
σ Upper extreme value of stress cycle
u
σ Design weld stress (normal)
w, Sd
Normal stress component in direction x, y
σ , σ
x y
Maximum stress amplitude
σˆ
a
min σ, max σ Extreme values of stresses
Shear stress
τ
∆τ Characteristic fatigue strength (shear stress)
c
Design stress (shear)
τ
Sd
∆τ Design stress range (shear)
Sd
∆τ Limit design stress range (shear)
Rd
Design weld stress (shear)
τ
w, Sd
Dynamic factor
φ
i
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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.
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ISO 20332:2008(E)
Table 2 — Impact toughness parameters, q
i
i Influence
q
i
0u T 0
−20u T< 0
1
1 Temperature T (°C) of operating environment
−40u T<−20
2
−50u T<−40 4
f u 300
0
y
300< f u 460
1
y
2
Yield stress f (N/mm )
460< f u 700
2
y y 2
700< f u1 000
3
y
1000< f
4
y
Material thickness t (mm) tu10
0
Equivalent thickness t for solid bars: 10< tu 20
1
20< tu 50 2
3
50< tu100
3
d b b
t= for < 1,8 : t=
t> 100
4
1, 8 h 1, 8
∆>σ 125
0
c
80<∆σ u125
1
c
2
Stress concentration and notch class ∆σ (N/mm )
c
4
(see Annex D)
56<∆σ u 80 2
c
∆σ u 56
3
c
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
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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)
2
f (N/mm) 240 300 640 900 1 080
yb
2
f (N/mm ) 400 500 800 1 000 1 200
ub
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
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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
Rd
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)
1)
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
y
résistance à la traction, f
u
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
eq
A surface nette de la section transversale au droit des trous de boulon ou d'axe
n
A surface réduite d'un boulon
r
A section résistante d'un boulon
S
a dimension géométrique
a dimension géométrique pour la pénétration à la soudure
hi
1) À publier. (Révision de l'ISO 898-1:1999)
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Tableau 1 (suite)
Symboles Description
a largeur de gorge efficace
r
b dimension géométrique
b dimension géométrique
c
b dimension effective pour le calcul
eff
b dimension géométrique
l
C nombre total de cycles de travail
c dimension géométrique
D diamètre du cylindre équivalent
A
D diamètre intérieur de l'axe creux
i
D diamètre extérieur de l'axe creux
o
d diamètre (tige de boulon, axe)
d diamètre de trou
h
d diamètre de la surface de contact de la tête de vis
w
d diamètre du trou de passage
o
E module d'élasticité
e , e distances
1 2
F force
F force de traction dans le boulon
b
F effort limite de pression diamétrale de calcul
b, Rd
F ; F effort de pression diamétrale
b,Sd bi,Sd
∆F force supplémentaire
b
F réduction de la force de compression due à la traction extérieure
cr
F force limite de calcul de traction
cs,Rd
F force limite
d
F force extérieure (sur un assemblage boulonné)
e,t
F valeur caractéristique (force)
k
F effort de précharge du boulon
p
F effort de précharge de calcul
p, d
F force limite de calcul
Rd
F effort de calcul de l'élément
Sd
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
d
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ISO 20332:2008(F)
Tableau 1 (suite)
Symboles Description
f valeur caractéristique (contrainte)
k
f contrainte limite de calcul
Rd
f résistance à la traction d'un matériau
u
f résistance à la traction des boulons
ub
f résistance à la traction de la soudure
uw
f contrainte limite de calcul de la soudure
w, Rd
f limite élastique, ou limite élastique avec une déformation permanente de 0,2 %
y
f limite élastique des boulons
yb
f limite élastique (valeur nominale) d'un matériau de base ou d'un élément
yk
f limite élastique des axes
yp
h épaisseur de l'échantillon
h distance entre la soudure et la surface de contact de l'effort agissant
d
K rigidité d'un boulon
b
K rigidité des semelles
c
k facteur du spectre de contrainte basé sur la valeur m de l'élément pris en considération
m
k* facteur spécifique du rapport de spectres
l longueur efficace de serrage
k
l longueur efficace de soudure
r
l longueur de soudure
w
l longueur utile pour la traction sans risque
1
l longueur utile pour la traction avec risque
2
M moment limite de flexion de calcul
Rd
M moment de flexion de calcul
Sd
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
N
σ et σ
a,i m,j
N nombre d'étendues de référence
ref
N nombre total d'occurrences
t
NC classe d'entaille(s)
NDT essai non destructif
n nombre de cycles de contrainte avec amplitude de contrainte de plage i
i
n nombre de cycles de contrainte de catégorie ij
ij
(r)
n nombre de cycles de contrainte de catégorie ij par tâche r effectuée
ij
nˆ nombre total de cycles de contrainte
P probabilité de survie
s
p , p distances entre centres de boulons
1 2
Q masse de la charge de levage maximale
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ISO 20332:2008(F)
Tableau 1 (suite)
Symboles Description
q paramètre de résistance au choc
rapport de contrainte constant choisi pour la classification à un paramètre des cycles
R
de contrainte
R résistance de calcul
d
r rayon de galet
S classe du paramètre d'historique de contrainte, s
S contraintes ou forces de calcul
d
s paramètre d'historique de contrainte
m
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
el
α facteur caractéristique d'un assemblage à pression diamétrale
α nombre relatif de cycles de travail pour chaque tâche r
r
α facteur caractéristique d'une contrainte limite de soudure
w
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
mf
γ facteur général de résistance
m
γ facteur partiel de sécurité
p
γ facteur total de résistance
R
γ facteur résultant de résistance d'un boulon
Rb
γ facteur résultant de résistance pour la traction sur des sections perforées
Rc
γ facteur résultant de résistance des éléments
Rm
γ facteur spécifique de résistance des axes
Rp
γ facteur résultant de résistance d'un assemblage résistant au glissement
Rs
γ facteur résultant de résistance d'un assemblage soudé
Rw
γ facteur spécifique de résistance
s
γ facteur spécifique de résistance d'un boulon
sb
γ facteur spécifique de résistance des éléments
sm
γ facteur spécifique de résistance des axes
sp
γ facteur spécifique de résistance d'un assemblage résistant au glissement
ss
γ facteur spécifique de résistance pour la traction sur des sections perforées
st
γ facteur spécifique de résistance d'un assemblage soudé
sw
∆δ allongement supplémentaire
δ allongement dû à la précharge
p
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ISO 20332:2008(F)
Tableau 1 (suite)
Symboles Description
Θ inclinaison des éléments diagonaux
i
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
D
σ indique la contrainte respective
∆σ étendue de contrainte
∆σ étendue de contrainte, i
i
ˆ
∆σ étendue de contrainte maximale
σ valeur extrême inférieure du cycle de contrainte
b
∆σ résistance à la fatigue caractéristique (contrainte normale)
c
contrainte moyenne constante choisi pour la classification à un paramètre des cycles
σ
m
de contrainte
contrainte moyenne de catégorie, j, résultant de la méthode du «rainflow» ou de la méthode du
σ
m,j
réservoir
∆σ étendue de contrainte (normale) limite de calcul
Rd
∆σ étendue de contrainte limite de calcul pour k* = 1
Rd,1
σ contrainte (normale) de calcul
Sd
∆σ plage des contraintes (normales) de calcul
Sd
σ valeur extrême supérieure du cycle de contrainte
u
σ contrainte (normale) de calcul dans la soudure
w, Sd
σ , σ élément de contrainte normale dans la direction x, y
x y
ˆ
σ amplitude de contrainte maximale
a
min σ, max σ valeurs extrêmes de contraintes
τ contrainte de cisaillement
∆τ résistance à la fatigue caractéristique (contrainte de cisaillement)
c
τ contrainte de calcul (cisaillement)
Sd
∆τ étendue de contrainte de calcul (cisaillement)
Sd
∆τ étendue de contrainte limite de calcul (cisaillement)
Rd
τ contrainte de calcul dans la soudure (cisaillement)
w,Sd
φ facteur dynamique
i
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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
i
prise en compte. Le Tableau 2 donne q pour diverses influences. L'énergie de rupture par choc/les
i
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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Tableau 2 — Paramètres de résistance au choc, q
i
i Influence
q
i
0u T 0
−20u T < 0
1
1 Température T (°C) de service
−40u T <−20
2
−50u T <−40 4
f u 300
0
y
300 < f u 460
1
y
2
Limite d'élasticité f (N/mm )
460 < f u 700
2
y y 2
700 < f u1 000
3
y
1000 < f
4
y
tu10
0
Épaisseur du matériau t (mm)
Épaisseur équivalente t pour les barres pleines
10 < tu 20
1
20 < tu 50
2
3
50 < tu100
3
d b b
t = pour < 1,8 : t =
4
t > 100
1, 8 h 1, 8
∆>σ 125
0
c
80<∆σ u125 1
c
Concentration de contrainte et classe d'entaille ∆σ
c
4
2
(N/mm ) (voir Annexe D)
56<∆σ u 80
2
c
∆σ u 56
3
c
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)
2
240 300 640 900 1 080
f (N/mm )
yb
2
400 500 800 1 000 1 200
f (N/mm )
ub
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)
Po
...
Questions, Comments and Discussion
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