1- Pont roulant
1.1- Définition
Un pont roulant, est un engin de levage mobile circulant sur un chemin de roulement. Il est
constitué d’une ou plusieurs poutres sur lesquelles se déplace, transversalement au chemin de
roulement, un chariot de transfert équipé d’un treuil pour le levage de la charge. Si le pont est
constitué d’une seule poutre, on parle de pont mono poutre. Dans les autres cas, on a affaire à
un pont bipoutre (Fig1).
Fig. 1 : Pont roulant
Les dimensions et hauteur du pont sont indiquées dans la figure 2 ci contre.
Fig. 2 : Dimensions et hauteurs
12345-
La portée
La cote d’approche
La hauteur de levage
Hauteur de pose
La hauteur d’encastrement
Les principaux composants d’un appareil de levage sont portés sur la figure 3 ci-dessous.
1
Fig.3 : Principaux composants d’un pont roulant
Les éléments mobiles (crochet, chariot, pont) d’un engin de manutention permettent
d’effectuer simultanément trois genres de mouvements (Fig.4):
-
Levage : mouvement vertical de la charge levée,
Direction : mouvement du chariot transversal à la halle
Translation : mouvement du pont roulant longitudinal à la halle.
Fig.4 : Les différents mouvements possibles d’un pont roulant
Les facilités de manutention dans les bâtiments à portique simple sont souvent assurées par
des ponts roulants légers en partie supérieure, se déplaçant sur des poutres de roulement
supportées par des corbeaux fixés aux poteaux (fig.5).
2
Fig.5 : Les poteaux du pont roulant (a-léger) et (b,c,d- lourd)
1.2- Etat de charge
Le tableau ci-dessous définit les quatre classes conventionnelles suivant l’état de chargement
du pont roulant. Ces états servent à préciser dans quelle mesure le pont soulève la charge
maximale ou une charge réduite.
1.3- Caractéristiques du pont roulant
Parmi les données nécessaires au constructeur du pont roulant, il y a :
- la charge nominale de levage Qnom,
- la portée s du pont roulant,
- les vitesses de levage, de direction et de translation.
Sur la base de ces indications, le constructeur fournit à l’ingénieur responsable du projet de la
halle les données suivantes :
-
types et dimensions du chariot,
position extrêmes du chariot (e) et du crochet (g),
3
-
empattement (écartement (a) des galets).
diamètre des galets,
charges extrêmes des galets du pont roulant sur la poutre de roulement,
Type de rail nécessaire,
Longueur du pont hors tout,
Effort de tamponnement sur le butoir.
Tableau 1- Caractéristiques moyennes des ponts roulants usuels de type bipoutre
1.4- Classification des ponts roulants
Les ponts roulants sont répartis en huit groupes d’engins (A1 à A8) en fonction de leurs
classes d'utilisation U0 à U9 (de la moins utilisée à la plus utilisée) et de leurs classes de
spectre de charge Q1 à Q4 (de la moins chargée à la plus chargée). Cette classification a été
établie par la Fédération Européenne de la Manutention (FEM)
Le tableau 2 donne quelques exemples de classification de ponts roulants les plus couramment
utilisés par combinaison de l’état de charge et de la fréquence d’utilisation.
4
Tableau- 2 Exemples de classification
1.5- La charge utile
La charge utile représente la charge maximale que peut transporter le pont roulant en
mouvement. Le calcul du pont roulant doit prendre en compte son poids propre et la charge
utile égale à la charge soulevée multipliée par un coefficient dynamique.
1.6- La marche en crabe
La majorité des ponts roulants présentent des imperfections de géométrie, des défauts
d’alignements de rails, et des différences de rotation entre galets. Tous ces éléments, avec
également le transport de charges non centrées, favorisent la marche en ‘crabe’ du pont
roulant
2- Les poutres de roulement
2.1- Définition
Le chemin de roulement est la structure porteuse du pont, constituée de deux poutres
parallèles posées sur des corbeaux, fixés sur des poteaux. La poutre, porteuse dans le sens
longitudinal, est en profilé laminé ou composé. Chaque poutre est surmontée d’un rail sur
lequel circule le pont roulant. On choisi un rail en fer plat soudé ou boulonné selon la capacité
du pont et la charge à soulever.
Les types de poutres utilisées sont représentés sur les figures 7 (a) et (b). Ces poutres sont
soumises à des charges horizontales et verticales dues au poids du pont roulant, à la charge du
chariot et aux charges dynamiques. Parce que les poutres sont soumises à un chargement
horizontal, une semelle supérieure plus grande est recommandée pour résister aux
chargements qui lui reviennent.
5
Les poutres de roulement légères sont constituées d'un profilé laminé tout seul ou renforcé
par des poutres en U , comme indiqué sur la figure 7 (a). Les ponts roulants lourds nécessitent
des poutres composées (Fig.7(b)).
Fig. 7 : Les types de poutres de roulements utilisées
2.2- Les charges roulantes
La charge roulante est constituée par les réactions verticales et horizontales des galets de
roulement et, éventuellement, les actions de guidage du pont roulant.
Ces réactions (Fig.5) dépendent :
•
du poids du pont roulant, du chariot, de la charge à lever,
•
de l’accélération et de la décélération des mouvements de levage, de direction
du chariot et de translation du pont roulant,
•
de la marche en crabe du pont roulant,
•
du choc des galets dus aux joints de rails,
•
de l’arrachement ou du lâché brutal de la charge à lever.
RV : Charge verticale maximale.




Poids du pont roulant, du chariot, de la charge à lever.
Accélération et décélération des mouvements de levage.
Chocs des galets dus aux joints de rails.
A l’arrachement ou au lâché brutal de la charge à lever.
RHT : Charge horizontale transversale.

Accélération et décélération des mouvements de direction du chariot et du pont.
6
RHL : Charge horizontale longitudinale.
 Accélération et décélération des mouvements de translation du pont roulant.
RHS : Charge horizontale résultant de la marche en crabe du pont.
 Elle est due au déplacement oblique du pont le long des poutres de roulement.
Fig. 5 : Réaction des charges roulantes
Remarque :
Il convient de ne considérer qu'un seul de ces types de forces horizontales en même temps.
2.3- Rails de roulement
Les rails des voies de roulement peuvent être :
• des carrés ou rectangles du commerce
• des rails « Burbach ».
— Les rails Burbach peuvent être posés sur intercalaire.
— Les intercalaires doivent respecter l’épaisseur minimale de 6 mm précisée dans l’EN
1993-6, tableau 5.1.
2.3.1- Choix du rail de roulement
Le type est dimension du rail de roulement sont souvent fournis par le fabriquant du pont
roulant en fonction des conditions d’utilisation (charge, vitesse, portée…) et aussi en fonction
du type de galet.
Fig. 8 : Différents type de rails
7
2.3.2- Caractéristiques des rails A ou Burbach :
Elles sont issues de la DIN 536-1 :1991.
3- Exemple d’application
Concevoir une poutre de roulement simplement appuyée pour transporter un pont roulant
électrique dont les données sont les suivantes:
Capacité du pont = 100 kN,
Portée entre les rails du pont : L = 16 m,
Poids propre du pont : QC1= 60 kN,
Poids propre du chariot : QC2= 10 kN,
Masse à lever nominale : Qh,nom = 100 kN
Approche minimale du crochet : emin = 1.0 m,
Centres de roues de chariot d'extrémité : a = 2.5 m,
Portée de la poutre de roulement : l = 5.0 m,
Utilisez l'acier de classe S235.
Poutre de roulement et poutre rail du pont.
8
Solution :
Calcul des réactions au niveau des galets :
Il convient de déterminer les charges verticales exercées par les galets d'un appareil de levage
sur une poutre de roulement en tenant compte des dispositions de charges illustrées dans les
Figures ci-dessous.
Charges verticales :
Charge verticale maximale statique par galet :
 l  e 
1 Q
Qr,max   c1  (Qc 2  Qh )  c min 
2  2
 lc 
Qr,max 
1  60
 16  1.0 
 (10  100) 
  66.6kN

2 2
 16 
Charge verticale dynamique par galet :
Le pont est de classe de chargement Q3 → Coefficient dynamique :
Qr,max  1.25  66.6  83.3kN
φ = 1.25
9
Charges horizontales :
Charges horizontales transversales :
Les charges horizontales transversales HT résultent des effets de freinage du chariot et de
roulement. On les estime à 1/10° des charges verticales sans majoration dynamique. Elles sont
transmises par frottement au rail par l'intermédiaire de quatre roues.
RHT = 0.10 (Poids du chariot + Poids de la charge à lever)/4
RHT = 0.10 ( Qc,2 + Qh ) = 0.1 ( 10 + 100 ) / 4 = 2.75kN
avec :
Qc,2 : Le poids du chariot
Qh : La masse à lever
Charges horizontales longitudinales :
Elles sont dues aux effets de freinage du pont; on les estime à 5% de la réaction verticale des
seuls galets moteurs.
RHL = 0.05 (charge verticale maximale statique par galet)
RHL = 0.05 x 66.6 = 3.4 kN
Marche en crabe :
Comme le pont roulant est de classe Q3, il faut tenir compte de l’action en crabe. Elles sont
dues à la marche oblique du pont roulant sur la poutre de roulement.
R HS 
l cQ r ,max
40aw

Q r ,max
20
La charge verticale maximale par galet :
L’empattement : aw = 2.5 m
Qr ,max
20
R HS 

;
Qr,max= 66.6 kN
la longueur du pont : lc = 16 m
66.6
 3.33kN
20
l cQ r ,max
40aw

16  66.6
 10.7kN
40  2.5
Calcul du rapport a/lc ?:
Si a/l < 0.586 → Mmax = [Qr,max ( 2l -a)2]/8l → Le moment est maximal à x = l / 2 - a / 4
Si a/l ≥ 0.586 → Mmax = (Qr,max l )/4
→ Le moment est maximal à x = l / 2
10
a/l = 2.5/5.0 = 0.5 < 0.586
x = l /2 - a /4 = 5/2-2.5/4 = 1.875m
Dimensionnement de la poutre de roulement :
Le dimensionnement de la poutre de roulement se fait avec la condition de flèche. La flèche
maximale est obtenue quand les deux charges sont en position symétrique par rapport au
milieu de la poutre.
-
Portée : l = 5m.
-
Distance entre galets : a = 2.5 m.
Limite de la flèche admissible fad : f ad  l / 600  500 / 600  0.83cm  8.3mm
3
3
l
1 Qr ,max l  3a  a  
1 
      f ad 
6 EI y  4l  l  
600
600 Qr ,max l
Iy 
6
E
2
 3a  a 3  600 83.3  5002

    
6
2.1 104
 4l  l  
 3  250  250 3 
4


   24791.8cm
4
500
500


 

Soit HEB 320 : Iy = 30823.25 cm4 ; p = 126.7 kg/ml
Tableau 5 : Caractéristiques géométriques du profilé HEB 320
HEB 320
HEB 320
P (kg/m)
h(mm)
b(mm)
tw (mm)
tf (mm)
r (mm)
A (cm2)
126.7
320
300
11.5
10.5
27
161.3
Iy (cm4)
Iz (cm4)
Wply (cm4)
Wplz (cm4)
30823.5
9237.7
2149.2
939.1
3
3
 3  250  250 3 
1 Qr ,max l  3a  a   1
83.3  5003

1 
     

   0.542cm  5.42 mm
6 EI y  4l  l   6 2.1  10 4  30823.5  4  500  500  
On assume : 1kgf = 1daN
2 
5
5 1.267  10 2  5004
pl 4



 0.0159cm  0.16 mm
384 EI y 384 2.1  10 4  30823.5
 max   1   2  5.42  0.16  5.58mm  f ad  8.3mm
11
Déflexion due aux charges horizontales est calculée à l’aide des propriétés de la semelle
supérieure seule de la poutre de roulement.
Limite de la flèche admissible fad : f ad  l / 500  500 / 500  1.0 cm  10 mm
Choix du rail de roulement :
Le type est dimension du rail de roulement sont souvent fournis par le fabriquant du pont
roulant en fonction des conditions d’utilisation (charge, vitesse, portée…) et aussi en fonction
du type de galet. On adopte des rails carrée en acier A55.
Tableau 8 : Caractéristiques du Rail A55
Hr (mm)
Iy (cm4)
Iz (cm4)
Wely (cm4)
Welz (cm4)
A (cm2)
P (kg/m)
Rail A55
178
337
68.5
44.9
40.5
31.8
Calcul des sollicitations internes :
Les poutres de roulement dans notre cas sont conçues en tançons de 5.0 m de long supportés
par deux appuis (isostatique). Cette disposition permet de réduire les contraintes de fatigue
qui peuvent être induites par l’alternance des moments M+ /M- au niveau des appuis dans le
cas des poutres continues.
Calcul des moments maximaux :
Charges verticales :
Charges variables : MV
Calcul du rapport a/lc ?:
Si a/l < 0.586 → Mmax = [Qr,max ( 2l -a)2]/8l → Le moment est maximal à x = l / 2 - a / 4
Si a/l ≥ 0.586 → Mmax = (Qr,max l )/4
→ Le moment est maximal à x = l / 2
avec :
l = 5m : portée de la poutre de roulement
a = 2.5m : écartement des galets
a/l = 2.5/5.0 = 0.5 < 0.586
x = l /2 - a /4 = 5/2-2.5/4 = 1.875m
12
Tableau récapitulatif :
Moment
maximal
x = 1.875m
Effort
tranchant
maximal
(Aux appuis)
MV
117.2 kNm
VV
125.0 kN
MG
4.64 kNm
VG
3.72 kN
MH,T
3.9 kNm
VH,T
4.12 kN
MS,T
12.6 kNm
VS,T
10.7 kN
Les cas de charges :
On considère uniquement la combinaison la plus défavorable.

Gi
.Gk , j   Q,1.Qk ,1
j
On considère toute les combinaisons les plus défavorables.

j
Gi
.Gk , j 0.9  Q,i .Qk ,i
i 1
Récapitulation du bilan des efforts :
My.Sd = 1.35 MG + 1.5 MV = 1.35x4.64+1.5x117.2 = 182.1 kNm (toute la section)
Mz,Sd = 1.5 MS,T = 1.5x12.6 = 18.9 kNm (au niveau de la semelle supérieure)
Vz.Sd = 1.35 VG + 1.5 VV = 1.35x3.72+1.5x125.0 = 192.53 kN (toute la section)
HL = 0.05 x 66.6 = 3.4 kN
NSd =1.5x3.4 = 5.1 kN
Vérification de la section à la résistance sous la charge verticale:
Classe de la section :
Classe de la semelle : (semelle comprimée)
18
c (b  t w  2r ) / 2

 9
tf
tf
avec :
c (300  11.0  2  27) / 2

 6.2  9
19.0
tf

235

fy
235
 1. 0
235
 Semelle de classe 1.
Classe de l’âme : (âme fléchie)
c
d

 72
tf
tw
d 208

 18.9  72
tw 11.0
 Âme de classe 1.
La section est de classe 1.
1.35 MG + 1.5 MV
My.Sd =1.35x4.64+1.5x117.2 = 182.1 kNm (toute la section)
My.Sd ≤ Mcy.Rd
Mcy.Rd = Mply.Rd = (Wpl.y fy)/γM0
pour les sections de classe 1 et 2.
Wpl.y = 1868.5 cm3
Mcy.Rd = (1868.5x23.5)x10-2/1.1 = 399.2 kNm
My.Sd = 182.1 kNm ≤ Mcy.Rd = 399.2 kNm ………………………………..O.K
Vérification de la section à la résistance sous la charge horizontale:
Remarque:
Les charges horizontales sont supposées reprises uniquement par la semelle supérieure et les
charges verticales par la section totale.
Cette hypothèse élimine le besoin d'une analyse des effets de torsion sur la section totale et
simplifie l'analyse.
1.5 MS,T
Mz,Sd =1.5x12.6 = 18.9 kNm
Mz.Sd ≤ Mcz.Rd
(au niveau de la semelle supérieure)
Mcz.Rd = Mplz.Rd = (Wpl.z fy)/γM0
Wpl.z = ( bf 2 x tf)/4 = ( 302 x 1.9)/4 = 427.5 cm3
19
Mcz.Rd = (Wpl.z fy)/γM0 = (427.5x23.5)x10-2/1.1 = 91.4 kNm
Mz.Sd = 18.9 kNm ≤ Mcz.Rd = 91.4 kNm …………………………………...O.K
Résistance au cisaillement aux appuis :
Vz.Sd ≤ Vplz.Rd
Vplz.Rd = (Avz x fy )(√3 x γM0) = (47.4 x 23.5 )(√3 x 1.1) = 584.7 kN
Vz.Sd = 192.53 kN ≤ 0.5Vpl.z.Sd = 0.5x584.7 = 292.4 kN (pas d’interaction entre V et M)
Vz.Sd = 192.53 kN ≤ Vpl.z.Sd = 584.7 kN ……………………………………O.K
Résistance de la section à la flexion bi – axiale :
Dans ce cas MV et MS,T doivent être multipliés par 0.9 pour tenir compte de l’effet combiné
des charges verticales et horizontales.
1.35 MG + 0.9(1.5 MV + 1.5 MS,T) → 1.35 MG + 1.35 MV + 1.35 MS,T
My.Sd =1.35x4.64+1.35x117.2 = 164.5 kNm (toute la section)
Mz,Sd =1.35x12.6 = 17.01 kNm (au niveau de la semelle supérieure)
NSd / Npl.Rd + My.Sd / Mply.Rd + Mz.Sd / Mplz.Rd
≤ 1.0
NSd = 5.1 kNm
Npl.Rd = A x fy / γM0 = 149.1 x 23.5/1.1 = 3185.32 kNm
My.Sd = 164.5 kNm
Mz,Sd = 17.01 kNm
Mply.Rd = 399.2 kNm
Mplz.Rd = 91.4 kNm
5.1 / 3185.32 + (164.5 / 399.2) + (17.01 / 91.4) = 0.60 ≤ 1.0 …………....O.K.
Vérification au déversement :
La résistance au déversement d'une poutre de roulement sur appuis simples peut être vérifiée
en contrôlant au flambement par flexion la section constituée de la semelle comprimée et de
un cinquième de l'âme, en tant qu'élément comprimé.
Il convient que la vérification de la résistance au déversement d'une poutre de roulement
tienne compte des moments de torsion provoqués par les excentrements des actions verticales
et des actions horizontales latérales par rapport au centre de cisaillement.
M y.S d  M b. Rd
M b.Rd   LT M ply.Rd
HEB300 :
20