ISO 20332:2008

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• Status: Withdrawn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
• ICS: 53.020.20 - Cranes
• Technical Committee: ISO/TC 96/SC 10 - Design principles and requirements
• Drafting Committee: ISO/TC 96/SC 10 - Design principles and requirements
• Current Stage: 9599 - Withdrawal of International Standard
• Start Date: 01-Jun-2016
• Completion Date: 13-Dec-2025

Relations

• Replaces: ISO/FDIS 20332-1 - Cranes - Proof of competence of steel structures - Part 1: General
• Effective Date: 18-Dec-2008
• Revised: ISO 20332:2016 - Cranes - Proof of competence of steel structures
• Effective Date: 25-Aug-2012

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 2008
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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
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

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.
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 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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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
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
l Effective length for tension with threat
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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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
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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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.
Table 2 — Impact toughness parameters, q
i
i Influence
q
i
0u T 0
−20u T< 0
1 Temperature T (°C) of operating environment
−40u T<−20
−50u T<−40 4
f u 300
y
300< f u 460
y
Yield stress f (N/mm )
460< f u 700
y y 2
700< f u1 000
y
1000< f
y
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
c
80<∆σ u125
c
Stress concentration and notch class ∆σ (N/mm )

c
(see Annex D)
56<∆σ u 80 2
c
∆σ u 56
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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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
yb
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.
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-of-plane distortion (dishing), consideration shall be given to the stiffness of the
connected parts.
4.7 Welded connections
For the purposes of this International Standard, welded connections are joints between members and/or
components that utilize fusion welding processes and where the joined parts are 3 mm or larger in thickness.
The quality levels of ISO 5817 are applicable, and appropriate methods of non-destructive testing shall be
used to verify compliance with quality level requirements.
In general, for steels of yield stress less than 400 N/mm , ISO 5817:2003, quality level C is acceptable in
connections requiring a static proof of competence.
ISO 5817:2003, quality level D may be applied only in joints where local failure of the weld will not result in
failure of the structure or falling of loads.
Although the distribution of stresses along the length of the weld may be non-uniform, such distributions can,
in most cases, be considered uniform. However, other stress distributions may be assumed provided they
satisfy the basic requirements of equilibrium and continuity and that they adequately relate to the actual
deformation characteristics of the joint.
Residual stresses and stresses not participating in the transfer of forces need not be considered in the design
of welds subjected to static actions. This applies specifically to the normal stress parallel to the axis of the
weld, which is accommodated by the base material.
10 © ISO 2008 – All rights reserved

4.8 Proof of competence for structural members and connections
The object of the proof of competence is to demonstrate that the design stresses or forces, S , do not exceed
d
the design resistances, R :
d
SRu (1)
dd
The design stresses or forces, S , shall be determined by applying the relevant loads, load combinations and
d
partial safety factors from the applicable parts of ISO 8686.
In the following clauses, the design resistances, R , are represented by limit stresses, f , or limit forces, F .
d d d
The following proofs for structural members and connections shall be demonstrated:
⎯ proof of static strength according to Clause 5;
⎯ proof of fatigue strength according to Clause 6, except for crane parts with values of the stress history
parameter, s , below 0,001 (see 6.3.3).
5 Proof of static strength
5.1 General
Proof of static strength by calculation is intended to prevent excessive deformation due to yielding of the
material, sliding of friction-grip connections, elastic instability and fracture of structural members or
connections. Dynamic factors given in the applicable parts of ISO 8686 are used to produce static-equivalent
loads to simulate dynamic effects.
NOTE Proof of elastic instability is not dealt with in this International Standard.
The use of the theory of plasticity for calculation of ultimate load bearing capacity is not considered acceptable
within the terms of this International Standard.
The proof shall be carried out for structural members and connections while taking into account the most
unfavourable effects under load combinations A, B or C from the applicable parts of ISO 8686 and comparing
them with the design resistances given in 5.2 below.
This International Standard considers only nominal stresses, i.e. those calculated using traditional elastic
strength of materials theory; localized stress concentration effects are excluded. When alternative methods of
stress calculation are used, such as finite element analysis, using those stresses for the proof given in this
International Standard could yield inordinately conservative results.
5.2 Limit design stresses and forces
5.2.1 General
The limit design stresses shall be calculated from:
ff= (,f γ ) (2)
Rd k R
Limit design forces shall be calculated from:
Ff= (,F γ ) (3)
Rd k R
where
f , F are characteristic (or nominal) values;
k k
γ is the total resistance factor:
R
γ=×γγ
Rm s
is the general resistance factor:
γ
m
γ = 1,1
m
γ is the specific resistance factor applicable to specific structural components as given in the
s
below subclauses.
R
NOTE f and F are equivalent to in ISO 8686-1:1989, Figure A.2.
Rd Rd
γ
m
5.2.2 Limit design stress in structural members
The limit design stress, f , used for the proof of structural members, shall be calculated from:
Rd
f
yk
f = for normal stresses (4)
Rdσ
γ
Rm
f
yk
f = for shear stresses (5)
Rdτ
γ 3
Rm
with γ =×γγ
Rm m sm
where
f is the minimum value of the yield stress of the material;
yk
γ is the specific resistance factor for material:
sm
⎯ for non-rolled material: γ = 1, 0 ;
sm
⎯ for rolled material (e.g. plates and profiles):
γ = 1, 0 for stresses in the plane of rolling;
sm
γ = 1, 0 for compressive and shear stresses;
sm
⎯ for tensile stresses perpendicular to the plane of rolling (see Figure 1):
γ = 1, 0 for plate thicknesses less than 15 mm or material with reduction in area of
sm
more than 20 %;
γ = 1,16 for material with reduction in area of 20 % to 10 %;
sm
γ = 1, 50 for material with reduction in area of less than 10 %.
sm
Material shall be suitable for carrying perpendicular loads and shall be free of lamellar defects.
NOTE Reduction in area is the difference, expressed as a percentage of the initial area, between the initial
cross-sectional area of a tensile test specimen and the minimum cross-sectional area measured after complete separation.
12 © ISO 2008 – All rights reserved

Key
1 direction of the plane of rolling
2 direction of stress/load
Figure 1 — Tensile load perpendicular to plane of rolling
5.2.3 Limit design forces in bolted connections
5.2.3.1 Shear and bearing connections
5.2.3.1.1 General
The resistance of a connection shall be taken as the least value of the limit forces of the individual connection
elements.
In addition to the bearing capacity of the connection elements, other limit conditions at the most stressed
sections shall be verified using the resistance factor of the base material.
5.2.3.1.2 Bolt shear
The limit design shear force, F , per bolt and for each shear plane shall be calculated from the following.
v,Rd
When threads are not within the shear plane:
f × A
yb
F = (6)
v,Rd
γ × 3
Rb
When threads are within a shear plane:
f × A
yb S
F = (7)
v,Rd
γ × 3
Rb
or, for simplification:
f × A
yb
F =×0,75 (8)
v,Rd
γ × 3
Rb
with γ =×γγ
Rb m sb
where
f is the yield stress (nominal value) of the bolt material (see Table 4);
yb
A is the cross-sectional area of the bolt shank at the shear plane;
A is the stress area of the bolt (see ISO 898-1);
S
γ is the specific resistance factor for bolted connections:
sb
γ = 1, 0 for multiple shear plane connections;
sb
γ = 1, 2 for single shear plane connections.
sb
See Annex A for limit design shear forces of selected bolt sizes.
5.2.3.1.3 Bearing on bolts and connected parts
The limit design bearing force, F , per bolt and per part may be calculated from:
b,Rd
α××f dt×
y
F = (9)
b,Rd
γ
Rb
with γ =×γγ
Rb m sb
where
⎧ e
⎪
3× d
o
⎪
⎪
f
⎪
ub
α= Min (10)
⎨
f
⎪ u
⎪
1, 0
⎪
⎪
⎩
With the following requirements for the plate:
edW 2,0×
1o
edW 1, 5×
2o
p W 3,0× d
1o
p W 3,0× d
2o
14 © ISO 2008 – All rights reserved

where
f is the ultimate strength (nominal value) of the bolt;
ub
f is the ultimate strength (nominal value) of the material of the connected parts;
u
f is the yield stress (minimum value) of the basic material;
y
d is the shank diameter of the bolt;
d is the diameter of the hole;
o
t is the thicknesses of the connected part in contact with the unthreaded part of the bolt;
γ is the specific resistance factor for bolted connections:
sb
γ = 0,7 for multiple shear plane connections;
sb
γ = 0,9 for single shear plane connections;
sb
p , p , e , e are distances (see Figure 2).
1 2 1 2
NOTE See also Equation (11).
Figure 2 — Illustration of Equation (10)
5.2.3.1.4 Tension in connected parts
The limit design tensile force with respect to yielding, F on the net cross-section is calculated from:
cs,Rd
f × A
yn
F = (11)
cs,Rd
γ
Rc
with γ =×γγ
Rc m st
where
A is the net cross-sectional area at bolt or pin holes (see Figure 2);
n
γ is the specific resistance factor for tension on sections with holes:
st
γ = 1, 2
st
5.2.3.2 Friction grip type connections
The resistance of a connection shall be determined by summing the limit forces of the individual connecting
elements.
For friction grip type connections, the limit design slip force, F , per bolt and per friction interface shall be
s,Rd
calculated from:
µ×−()FF
p,d cr
F = (12)
s,Rd
γ
Rs
with γ =×γγ
Rs m ss
where
µ is the friction coefficient:
µ= 0,50 for surfaces blasted metallic bright with steel grit or sand, no unevenness;
µ= 0,50 for surfaces blasted with steel grit or sand and aluminized;
µ= 0,50 for surfaces blasted with steel grit or sand and metallized with a product based on
zinc;
µ= 0,40 for surfaces blasted with steel grit or sand and alkali-zinc-silicate coating of 50 µm
to 80 µm thickness;
µ= 0,40 for surfaces hot-dip galvanized and lightly blasted;
µ= 0,30 for surfaces cleaned metallic bright with wire brush or scarfing;
µ= 0,25 for surfaces cleaned and treated with etch primer;
µ= 0,20 for surfaces cleaned of loose rust, oil and dirt (minimum requirement);
F is the design preloading force;
p,d
F is the reduction in the compression force due to external tension on connection (for simplification,
cr
F = F may be used).
cr e
γ is the specific resistance factor for friction grip type connections (see Table 5).
ss
The applied preloading force shall be greater than or equal to the design preloading force.
16 © ISO 2008 – All rights reserved

Table 5 — Specific resistance factor,γ , for friction grip connections
ss
Type of hole
Effect of connection
b
Oversized
slippage
a c d
Standard Long-slotted Long-slotted
c
and short-slotted
Hazard created 1,14 1,34 1,63 2,00
No hazard created 1,00 1,14 1,41 1,63
Short-slotted holes: the length of the hole is smaller than or equal to 1,25 times the diameter of the bolt.

Long-slotted holes: the length of the hole is larger than 1,25 times the diameter of the coarse series of the bolt. In order
to reduce pressure under the bolt or nut, appropriate washers shall be used.
a
Holes with clearances according to the medium series of ISO 273:1979.
b
Holes with clearances according to the coarse series of ISO 273:1979.
c
Slotted holes with slots perpendicular to the direction of force.
d
Slotted holes with slots parallel to the direction of force.
See Annex B for limit design slip forces using, for example, a specific resistance factor for friction grip of
γ = 1,14 and a design preloading force of
ss
F =×0,7fA×
p,d yb S
where
f is the yield stress (nominal value) of the bolt material (see Table 4);
yb
A is the stress area of the bolt.
S
5.2.3.3 Connections loaded in tension
This subclause specifies the limit state for a bolt in the connection. The connected parts and their welds shall
be calculated following the general rules for structural members, where the preload in the bolt is considered as
one loading component.
The proof calculation shall be done for the bolt under maximum external force in a connection, with due
consideration to the force distribution in a multi-bolt connection and the prying effects (i.e. leverage).
Proof-of-competence calculations of a preloaded connection shall take into account the stiffness of the bolt
and the connected parts, see Figure 3.
Key
F preloading force in bolt ∆F additional force in bolt, due to external tensile
p b,t
force
δ bolt elongation due to preloading
p
∆F additional force in bolt, due to external
F external tensile force
b,c
e,t
compression force
F external compression force
e,c
slope K stiffness of the bolt
b
∆ additional elongation, due to external tensile force
δ t
slope K stiffness of connected parts
c
F tensile force in bolt
b
Figure 3 — Force-elongation diagram
18 © ISO 2008 – All rights reserved

Additionally, the load path of the external compression force — based upon the joint construction — shall be
taken into account, see Figure 4.

a)  External compression force does not interfere b)  External compression force is transferred
with the compression zone under the bolt through the compression zone under the bolt
NOTE For simplicity, a symmetric loading with the bolt in the middle is assumed.
Figure 4 — Load path alternatives for the external compression force
Two separate design limits are to be considered for the external tensile bolt force:
a) the resulting bolt force under the external force and under the maximum design preload shall not exceed
the bolt yield load, see Equation (13);
b) the connection under the external force and under the minimum design preload shall not open (gap), see
Equation (14).
For connections loaded in tension, it shall be proven that the external tensile design force in the bolt, F ,
e,t
does not exceed either of the two limit design forces, F or F , see also 5.3.2.
t1,Rd t2,Rd
The limit design tensile force per bolt for the bolt yield criteria is calculated from:
FF/γ −
yRb p,max
F = (13)
t1,Rd
Φ
with
K
b
Φ=
K + K
bc
and γ =×γγ and F=×fA
Rb m sb yyb s
where
F is the bolt yield force,
y
F is the maximum value of the design preload,
p,max
f is the yield stress of the bolt material,
yb
A is the stress area of the threaded part of the bolt,
s
Φ is the stiffness ratio factor of the connection, see also Annex G,
γ is the specific resistance factor for connections loaded in tension:
sb
γ = 0,91
sb
A load introduction factor, α , may be taken into account when calculating factor Φ, see Annex G.
L
The limit design tensile force per bolt for the opening criteria of the connection is calculated from:
F
p,min
F = (14)
t2,Rd
γ ×−()1 Φ
Rb
where F is the minimum value of the design preload.
p,min
The scatter of preload is taken into account by the maximum and minimum values of the design preload as
follows:
F =+1
...

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 2008
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E-mail [e-mail]
Web www.iso.org
Publié en Suisse
ii © ISO 2008 – Tous droits réservés

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
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

iv © ISO 2008 – Tous droits réservés

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.

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
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)
2 © ISO 2008 – Tous droits réservés

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
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
l longueur utile pour la traction avec risque
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

4 © ISO 2008 – Tous droits réservés

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
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.
Tableau 2 — Paramètres de résistance au choc, q
i
i Influence
q
i
0u T 0
−20u T < 0
1 Température T (°C) de service
−40u T <−20
−50u T <−40 4
f u 300
y
300 < f u 460
y
Limite d'élasticité f (N/mm )
460 < f u 700
y y 2
700 < f u1 000
y
1000 < f
y
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
c
80<∆σ u125 1
c
Concentration de contrainte et classe d'entaille ∆σ

c
(N/mm ) (voir Annexe D)
56<∆σ u 80
c
∆σ u 56
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)
240 300 640 900 1 080
f (N/mm )
yb
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)
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les assemblages boulonnés travaillant au cisaillement
et à la pression diamétrale sont les assemblages sur lesquels les charges s'exercent perpendiculairement à
l'axe des boulons et provoquent des contraintes de cisaillement et de pression diamétrale sur les boulons, et
pour lesquels
⎯ le jeu entre le boulon et le trou de passage doit être conforme ou plus petit que les tolérances h13 et H11
de l'ISO 286-2:1998, lorsque les boulons sont soumis à des charges réversibles, ou lorsque le glissement
peut causer des changements nuisibles de géométrie,
⎯ dans d'autres cas, des jeux plus larges conformément à l'ISO 273:1979 peuvent être utilisés,
⎯ seule la partie non filetée de la tige doit être prise en compte dans les calculs de pression diamétrale, et
⎯ aucun traitement de surface particulier des surfaces de contact n'est requis.
4.5.4 Assemblages de type résistant au glissement
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les assemblages résistant au glissement sont les
assemblages pour lesquels les charges sont transmises par frottement entre les surfaces de contact, et pour
lesquels
⎯ les boulons à haute résistance de classes de qualité ISO 898-1:—, 8.8, 10.9 ou 12.9 doivent être utilisés,
⎯ les boulons doivent être serrés à l'état de précontrainte spécifié à l'aide d'une méthode contrôlée,
⎯ l'état de surface des surfaces de contact doit être spécifié et pris en compte en conséquence, et
⎯ en plus des trous de passage normaux, des trous surdimensionnés et des trous oblongs peuvent être
utilisés.
4.5.5 Assemblages travaillant en traction
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les assemblages travaillant en traction sont les
assemblages dans lesquels les charges s'exercent dans la direction de l'axe des boulons et provoquent des
contraintes axiales dans ces derniers, et pour lesquels
⎯ les assemblages précontraints doivent comprendre des boulons à haute résistance de classes de qualité
ISO 898-1:—, 8.8, 10.9 ou 12.9, et serrés à l'état de précontrainte maximale à l'aide d'une méthode de
précharge spécifiée,
⎯ la traction supplémentaire du boulon, qui peut être induite par un effet de levier (soulèvement) due à la
géométrie de l'assemblage doit être prise en compte, et
⎯ l'évaluation de la fatigue des boulons doit s'effectuer en tenant compte des caractéristiques de structure
de l'assemblage, par exemple la rigidité des pièces assemblées et l'effet de levier.
NOTE Les boulons en traction qui ne sont pas précontraints sont traités comme des éléments de structure.
4.6 Assemblages articulés
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les assemblages articulés sont des assemblages
permettant la rotation des pièces assemblées. Seuls les axes cylindriques sont considérés.
Les exigences ci-après s'appliquent aux assemblages articulés conçus pour supporter des charges,
c'est-à-dire qu'elles ne s'appliquent pas aux assemblages réalisés uniquement comme moyens d'attache.
Le jeu entre le boulon et le trou de passage doit être conforme à l'ISO 286-2:1988, tolérances h13 et H13, ou
plus petit. Dans le cas de charges de directions changeantes, on doit prendre en compte des tolérances plus
faibles.
Tous les axes doivent être fournis avec des dispositifs de retenue empêchant le déplacement de l'axe hors du
trou de passage.
Lorsque les assemblages articulés sont prévus pour permettre la rotation sous charge, les dispositifs de
retenue doivent limiter le déplacement axial de l'axe.
Afin d'empêcher la déformation locale hors plan (cintrage), la rigidité des pièces assemblées doit être
considérée.
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4.7 Assemblages soudés
Pour les besoins de la présente Norme internationale, les assemblages soudés sont des assemblages entre
les éléments et/ou les composants qui utilisent les procédés de soudage par fusion, et dont les parties
assemblées ont une épaisseur d'au moins 3 mm.
Les niveaux de qualité de l'ISO 5817 s'appliquent et les méthodes d'essais non destructif appropriées doivent
être utilisées pour vérifier la conformité aux exigences de niveau de qualité.
De manière générale, pour les aciers dont la contrainte élastique est inférieure à 400 N/mm , un classe de
qualité C selon l'ISO 5817:2003 est acceptable dans les assemblages nécessitant une vérification d'aptitude
statique.
Un classe de qualité D de l'ISO 5817:2003 peut être acceptée uniquement dans les assemblages pour
lesquels une rupture locale de la soudure n'entraînera pas une défaillance de la structure ou une chute de
charges.
Bien que la distribution des contraintes sur la longueur de la soudure puisse ne pas être uniforme, de telles
distributions peuvent dans la plupart des cas être considérées uniformes. Cependant, d'autres distributions de
contraintes peuvent être envisagées à condition qu'elles respectent les exigences de base d'équilibre et de
continuité et qu'elles représentent de façon adéquate les caractéristiques réelles de déformation de
l'assemblage.
Les contraintes résiduelles et les contraintes ne participant pas au transfert d'efforts n'ont pas besoin d'être
considérées dans le calcul de la soudure soumise aux actions statiques. Ceci s'applique spécifiquement à la
contrainte normale parallèle à l'axe de la soudure, qui est accommodée au matériau de base.
4.8 Vérification des éléments structuraux et des assemblages
Le but de la vérification d'aptitude est de démontrer que les contraintes ou les efforts de calcul, S , ne
d
dépassent pas les résistances de calcul, R :
d
SRu (1)
dd
Les contraintes ou efforts de calcul, S , doivent être déterminés en appliquant les charges, combinaisons de
d
charges et facteurs de charge partiels concernés conformément aux parties applicables de l'ISO 8686.
Les paragraphes suivants présentent les résistances de calcul, R , comme des contraintes limites, f , ou
d d
des forces limites, F .
d
Les vérifications suivantes pour les éléments structuraux et les assemblages doivent être démontrées:
⎯ vérification de la résistance statique conformément à l'Article 5;
⎯ vérification de la résistance à la fatigue conformément à l'Article 6, à l'exception des éléments d'appareils
de levage dont les valeurs de paramètres d'historique de contrainte, s , sont inférieures à 0,001
(voir 6.3.3).
5 Vérification de la résistance statique
5.1 Généralités
La vérification par calcul de la résistance statique veut prévenir les déformations excessives dues au
dépassement de la limite d'élasticité du matériau, au glissement des assemblages boulonnés de cisaillement,
à l'instabilité élastique ainsi qu'à la rupture des éléments structuraux ou des assemblages. Les facteurs
dynamiques donnés dans les parties appropriées de l'ISO 8686 sont utilisés afin de produire des charges
statiques équivalentes pour simuler les effets dynamiques.
NOTE La vérification de l'instabilité élastique n'est pas traitée dans la présente Norme internationale.
L'utilisation de la théorie de la plasticité pour le calcul de la capacité limite de charge n'est pas admise dans la
présente Norme internationale.
La vérification doit être menée pour les éléments structuraux et les assemblages en tenant compte des effets
de charge les plus défavorables issus des combinaisons de charges A, B ou C conformément aux parties
appropriées de l'ISO 8686 et en les comparant aux résistances données en 5.2 ci-dessous.
La présente Norme internationale considère uniquement des contraintes nominales, c'est-à-dire des
contraintes calculées en utilisant la théorie usuelle de la résistance élastique des matériaux; les effets
ponctuels des contraintes locales sont exclus. Lorsque des méthodes alternatives de calculs de contraintes
sont utilisées, telles que la méthode des éléments finis, l'utilisation de ces contraintes pour la vérification
donnée dans la présente Norme internationale peut conduire à des résultats excessivement conservatifs.
5.2 Contraintes et forces limites de calcul
5.2.1 Généralités
Les contraintes limites de calcul doivent être calculées à l'aide de la formule suivante:
ff= (,f γ ) (2)
Rd k R
Les forces limites de calcul doivent être calculées à l'aide de la formule suivante:
Ff= (,F γ ) (3)
Rd k R
où
f , F sont des valeurs caractéristiques (ou nominales);
k k
γ est le facteur de résistance total:
R
γ =×γγ
Rm s
est le facteur général de résistance:
γ
m
γ = 1,1
m
γ est le facteur spécifique de résistance applicable aux composants structuraux spécifiques
s
décrits dans les paragraphes suivants.
R
NOTE f et F sont équivalentes à de la Figure A.2 de l'ISO 8686-1:1989.
Rd Rd
γ
m
5.2.2 Contrainte limite de calcul des éléments structuraux
La contrainte limite de calcul, f , utilisée pour la vérification des éléments structuraux doit être calculée à
Rd
l'aide de la formule suivante:
f
yk
f = pour les contraintes normales (4)
Rdσ
γ
Rm
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f
yk
f = pour les contraintes de cisaillement (5)
Rdτ
γ 3
Rm
avec γ =×γγ
Rm m sm
où
f est la valeur nominale de la limite d'élasticité du matériau;
yk
γ est le coefficient de résistance spécifique du matériau, défini comme suit:
sm
⎯ pour les matériaux non laminés: γ = 1, 0 ;
sm
⎯ pour les matériaux laminés (par exemple, tôles et profilés):
γ = 1, 0 pour les contraintes dans le plan de laminage;
sm
γ = 1, 0 pour les contraintes de compression et de cisaillement;
sm
⎯ pour les contraintes de traction perpendiculaires au plan de laminage (voir Figure 1):
γ = 1, 0 pour les épaisseurs de plaque inférieures à 15 mm ou les matériaux avec une
sm
réduction de surface de plus de 20 %;
γ = 1,16 pour les matériaux avec une réduction de surface comprise entre 20 % et 10 %;
sm
γ = 1, 50 pour les matériaux avec une réduction de surface de moins de 10 %.
sm
Le matériau doit être apte à supporter des charges perpendiculaires et doit être exempt de défauts lamellaires.
NOTE La réduction de surface est la différence, exprimée en pourcentage de la surface initiale, entre la section
initiale d'une éprouvette d'essai en traction et la section minimale mesurée après séparation complète.

Légende
1 direction du plan de laminage
2 direction de la contrainte/charge
Figure 1 — Effort de traction perpendiculaire au plan de laminage
5.2.3 Forces limites de calcul exercées sur les assemblages boulonnés
5.2.3.1 Assemblages travaillant au cisaillement et à la pression diamétrale (matage)
5.2.3.1.1 Généralités
La résistance d'un assemblage doit être prise comme la valeur la plus faible des forces limites des éléments
individuels de l'assemblage.
En plus de la capacité de pression diamétrale des éléments d'assemblage, d'autres conditions limites au droit
des sections les plus sollicitées doivent être vérifiées en utilisant le facteur de résistance du matériau de base.
5.2.3.1.2 Cisaillement du boulon
L'effort limite de cisaillement de calcul, F , par boulon et par plan de cisaillement doit être calculé à 'aide
v,Rd
de la formule suivante.
Lorsque les filetages ne sont pas dans le plan de cisaillement:
f × A
yb
F = (6)
v,Rd
γ × 3
Rb
Lorsque les filetages sont dans le plan de cisaillement:
f × A
yb S
F = (7)
v,Rd
γ × 3
Rb
ou, par simplification:
f × A
yb
F =×0,75 (8)
v,Rd
γ × 3
Rb
avec γ =×γγ
Rb m sb
où
f est la limite d'élasticité (valeur nominale) du matériau du boulon (voir Tableau 4);
yb
A est la section transversale de la tige de boulon au niveau du plan de cisaillement;
A est la section résistante du boulon (voir ISO 898-1);
S
γ est le facteur spécifique de résistance des assemblages boulonnés:
sb
γ = 1, 0 pour les assemblages à plans de cisaillement multiples;
sb
γ = 1, 2 pour les assemblages à plan de cisaillement unique.
sb
Voir l'Annexe A pour les efforts limites de cisaillement de calcul pour des dimensions de boulons choisies.
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5.2.3.1.3 Pression diamétrale sur les boulons et les pièces assemblées
L'effort limite de pression diamétrale de calcul, F , par boulon peut être calculé à l'aide de l'équation
b,Rd
suivante:
α××f dt×
y
F = (9)
b,Rd
γ
Rb
avec γ =×γγ
Rb m sb
où
e
⎧
⎪
3 × d
o
⎪
⎪
f
⎪
ub
α = Min (10)
⎨
f
u
⎪
⎪
1, 0
⎪
⎪
⎩
avec les exigences suivantes pour la plaque:
edW 2,0 ×
1o
edW 1, 5 ×
2o
p W 3,0 × d
1o
p W 3,0 × d
2o
où
f est la résistance à la traction (valeur nominale) du boulon;
ub
f est la résistance à la traction (valeur nominale) du matériau des pièces assemblées;
u
f est la limite d'élasticité (valeur nominale) du matériau de base;
y
d est le diamètre de tige du boulon;
d est le diamètre du trou de passage;
o
t est l'épaisseur des pièces assemblées en contact avec les pièces non filetées du boulon;
γ est le facteur de résistance spécifique aux assemblages boulonnés:
sb
γ = 0,7 pour les assemblages à plans de cisaillement multiples;
sb
γ = 0,9 pour les assemblages à plan de cisaillement unique;
sb
p , p , e , e sont des distances (voir Figure 2).
1 2 1 2
NOTE Voir aussi l'Équation (11).
Figure 2 — Illustrations pour l'Équation (10)
5.2.3.1.4 Traction dans les pièces assemblées
La force limite de traction de calcul vérifiant le non dépassement de la limite d'élasticité, F , dans la
cs,Rd
section transversale nette est calculée au moyen de l'équation suivante:
f × A
yn
F = (11)
cs,Rd
γ
Rc
avec γ =×γγ
Rc m st
où
A est la surface nette au droit des trous de boulon ou d'axe (voir Figure 2);
n
γ est le facteur de résistance spécifique pour la traction exercée sur les sections perforées:
st
γ = 1, 2
st
5.2.3.2 Assemblages résistant au glissement
La résistance d'un assemblage doit être déterminée en additionnant les forces limites des éléments
individuels de l'assemblage.
Pour les assemblages résistant au glissement, la force limite de glissement de calcul, F , par boulon et par
s,Rd
plan de friction doit être calculée à l'aide de l'équation suivante:
µ×−()FF
p,d cr
F = (12)
s,Rd
γ
Rs
avec γ =×γγ
Rs m ss
où
µ est le coefficient de frottement:
µ = 0,50 pour les surfaces métalliques brillantes grenaillées avec de la grenaille d'acier ou du
sable, sans irrégularité;
µ = 0,50 les surfaces grenaillées avec de la grenaille d'acier ou du sable et aluminées;
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