Posouzení koutových svarů podle EN 1993-1-8

Odborný článek

Tento text byl přeložen Google překladačem

Zobrazit původní text

Koutový svar je zdaleka nejčastější typ svaru, který se používá v ocelových konstrukcích. Jak se uvádí v EN 1993‑1‑8, 4.3.2.1 (1) [1], koutové svary lze použít na spoje částí, jejichž natavené plochy svírají úhel mezi 60° a 120°.

Efektivní tloušťka krčku kutinového svaru se obecně považuje za výšku trojúhelníkové osy (rovnoramenných i prumerných), která se měří až k teoretickému koreňovému bodu, viz obrázek 01.

Obr. 01 - Tloušťka koutového svaru a při různém provaření. a) Tloušťka koutového svaru s normálním provařením, b) Tloušťka koutového svaru s hlubokým provařením

Konečný mezní stav koutových svarek

Podle 1993-1-8 [1] se mezní stav konečných svarů zpravidla stanoví směrovou metodou nebo zjednodušenou metodou. Metoda založená na směru je znázorněna níže.

Předpokládá se, že namáhání v rovnoměrné rovině je rozděleno na průřez šve, a vykazuje následující normálová a smyková napětí, jak je znázorněno na obrázku 02:

  • σ normálové napětí v pravém úhlu k ose svarů
  • σ || Normálové napětí rovnoběžné s osou svaru
  • τ Smykové napětí (v rovině plochy zápustky) v pravém úhlu k ose svaru
  • τ || Smykové napětí (v rovině plochy svaru na koutě) rovnoběžné s osou svaru

Obr. 02 - Napětí v účinném průřezu koutového svaru

Při stanovení únosnosti koutového svaru platí normálová napětí σ || Zanedbatelná rovnoběžnost s osou svaru.

Konečný mezový stav koutového zvaru stačí splnit, jsou-li splněny následující podmínky:

$$\begin{array}{l}\sqrt{\mathrm\sigma_\perp^2\;+\;3\;\cdot\;(\mathrm\tau_\perp^2\;+\;\mathrm\tau_{\vert\vert}^2)}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_{\mathrm u}}{{\mathrm\beta}_{\mathrm w}\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\\{\mathrm\sigma}_\perp\;\leq\;0,9\;\cdot\;\frac{{\mathrm f}_{\mathrm u}}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\end{array}$$

Kde je
f u pevnost v tahu slabší připojených konstrukčních prvků,
β w je korelační součinitel (viz EN 1993-1-8, tabulka 4.1),
γ M2 je dílčí součinitel spolehlivosti pro únosnost svarů.

Příklad

Posouzení zaoblených svarů nosníku znázorněného na obr. 03 z [2] .

Materiál: S235, f u = 36,0 kN / cm², β w = 0,8
Vnitřní síly: V z = 350 kN

Obr. 03 - Nosník

Těžiště

$${\mathrm z}_\mathrm S\;=\;\frac{\mathrm\Sigma({\mathrm A}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm z}_\mathrm{Si})}{{\mathrm{ΣA}}_\mathrm i}\;=\;\frac{91,48\;\cdot\;43,72\;+\;40,00\;\cdot\;44,00\;+\;48,00\;\cdot\;23,00\;+\;45,00\;\cdot\;1,50}{224,48}\;=\;30,88\;\mathrm{cm}$$

Moment setrvačnosti
Moment setrvačnosti se vztahuje k těži těžiště:

$$\begin{array}{l}{\mathrm I}_{\mathrm y}\;=\;\sum({\mathrm I}_{\mathrm{yi}}\;+\;{\mathrm A}_{\mathrm i}\;\cdot\;\mathrm z_{\mathrm{si}}^2)\;-\;\frac{\left(\sum{\mathrm A}_{\mathrm i}\;\cdot\;{\mathrm z}_{\mathrm{Si}}\right)^2}{{\mathrm{ΣA}}_{\mathrm i}}\;=\\=\;850,88\;+\;\frac{20,00\;\cdot\;2,00³}{12}\;+\;\frac{1,20\;\cdot\;40,00³}{12}\;+\;\frac{15,00\;\cdot\;3,00³}{12}\;+\;91,48\;\cdot\;43,72²\;+\;40,00\;\cdot\;44,00²\;+\;48,00\;\cdot\;23,00²\;+\;45,00\;\cdot\;1,50²\;-\\-\;\frac{(91,48\;\cdot\;43,72\;+\;40,00\;\cdot\;44,00\;+\;48,00\;\cdot\;23,00\;+\;45,00\;\cdot\;1,50)²}{224,48}\;=\\=\;71.095\;\mathrm{cm}^4\end{array}$$

Statické momenty
Na základě těžišťové osy se vypočítají statické momenty pro části průřezů spojených švem ➀, ➁ a ➂:
S y, 1 = A 1 ∙ (z S, 1 - z S ) = 91,48 ∙ (43,72 - 30,88) = 1 175 cm³
S y, 2 = S y, 1 + A 2 ∙ (z S, 2 - z S ) = 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1700 cm ³
S y, 3 = A 3 ∙ (z S - z S, 3 ) = 45,00 ∙ (30,88- 1,50) = 1322 cm³

Návrh svarů

$$\begin{array}{l}{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},\mathrm i}\;=\;\frac{-{\mathrm V}_\mathrm z\;\cdot\;{\mathrm S}_{\mathrm y,\mathrm i}}{{\mathrm I}_\mathrm y\;\cdot\;{\mathrm{Σa}}_{\mathrm w,\mathrm i}}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{\sqrt3\;\cdot\;{\mathrm\beta}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;=\;\;\frac{36,0}{\sqrt3\;\cdot\;0,8\;\cdot\;1,25}\;=\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},1}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.175}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,4}\;=\;-7,23\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},2}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.700}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,5}\;=\;-8,37\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},3}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1.322}{71.095\;\cdot\;2\;\cdot\;0,4}\;=\;-8,13\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20,78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\end{array}$$

SHAPE-THIN
V SHAPE-THIN je možné zadat smykové napětí (v rovině plochy koutového spoje) rovnoběžné s osou svaru τ || u koutových svarů a mezního stavu únosnosti. Při modelování je třeba mít na paměti, že svar musí být spojen s okraji dvou prvků. Jeden z těchto prvků může představovat i prvek Null.

Ve sloupci H "Spojité prvky" v tabulce 1.6 Svazky lze definovat spojité prvky. Na těchto polích nejsou spočteny žádné svary. Pokud ve sloupci H není uveden žádný prut, pak se svaření uvažuje na všech prvcích, ke kterým je svary připojeny. Tyto prvky můžeme přiřadit ke sloupci B "Prvky č." jsou převzaty.

Na obr. 04 je znázorněna definice svaru pro příklad popsaný v tomto příspěvku.

Obr. 04 - Tabulka 1.6 Svary

Tabulka 5.1 Svařovací nit udává napětí τ || u svarů definovaných v tabulce 1.6 Svazky. Obrázek 05 ukazuje napětí svary pro příklad uvedený v tabulce.

Obr. 05 - Tabulka 5.1 Svary

Literatura

[1] Eurokódu 3: Návrh ocelových konstrukcí - část 1-8: Posouzení spojů; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2] Petersen, C.: Ocelové konstrukce, 4. Vydání. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Klíčová slova

Prutový svarek Svařování Svařované napětí Posouzení svarových spojů Kontrola deformace

Ke stažení

Odkazy

Kontakt

Kontakt

Máte dotazy nebo potřebujete poradit?
Kontaktujte prosím kdykoli naši bezplatnou technickou podporu e-mailem, na chatu nebo na fóru anebo se podívejte do sekce často kladených dotazů (FAQ).

+420 227 203 203

info@dlubal.cz

Průřezy Tenkostěnné
SHAPE THIN 9.xx

Samostatný program

Průřezové charakteristiky a napětí tenkostěnných průřezů
včetně za studena tvarovaných průřezů

Cena za první licenci
1 300,00 USD