Diseño de soldaduras en ángulo según UNE-EN 1993-1-8

Artículo técnico

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La soldadura en ángulo es el tipo de soldadura más común en la construcción de estructuras metálicas. Según UNE-EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1], las soldaduras en ángulo pueden utilizarse en partes de las conexiones cuyas caras de fusión formen un ángulo comprendido entre 60° y 120°.

El espesor efectivo del cuello a de una soldadura en ángulo se supone generalmente que es la altura del eje triangular (isósceles o no isósceles) que se mide hasta el punto raíz teórico, ver figura 01.

Soldaduras en ángulo definitivas

Según 1993-1-8 [1] , el estado límite último de las soldaduras en ángulo se determina generalmente por el método direccional o el método simplificado. El método relacionado con la dirección se muestra a continuación.

Se asume que la tensión aplicada se distribuye uniformemente sobre la sección de la costura y da como resultado las siguientes tensiones normales y transversales, como se muestra en la figura 02:

  • σ tensión normal perpendicular al eje de la soldadura
  • σ || Tensión normal paralela al eje de soldadura
  • τ ⊥ Esfuerzo de cortante (en el plano de la superficie de soldadura de empalme) perpendicular al eje de soldadura
  • τ || Tensión de cortante (en el plano de la superficie de soldadura en ángulo) paralela al eje de soldadura

Al determinar la resistencia de la soldadura en ángulo, las tensiones normales σ || Descuidado en paralelo al eje de la soldadura.

El estado límite último de una soldadura en ángulo es suficiente si se cumplen las siguientes condiciones:

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

¿Dónde está
f u la resistencia a la tracción de la más débil de los componentes estructurales conectados,
β w es el factor de correlación (véase EN 1993-1-8, tabla 4.1),
γ M2 es el factor de seguridad parcial para la resistencia de las soldaduras.

Ejemplo

Cálculo de las soldaduras en ángulo de la viga mostradas en la figura 03 a partir de [2] .

Material: S235, f u = 36,0 kN / cm², β w = 0,8
Esfuerzos internos: V z = 350 kN

Figura 03 - Beam

Centro de gravedad

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

Momento de inercia
El momento de inercia está relacionado con el eje centroidal:

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

Momentos estáticos
En base al eje centroidal, se calculan los momentos estructurales para las partes de la sección conectadas mediante las juntas ➀, ➁ y 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 cm³
S y, 3 = A 3 ∙ (z S - z S, 3 ) = 45,00 ∙ (30,88-1,50) = 1322 cm³

Cálculo de soldaduras

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

SHAPE-THIN
En SHAPE-THIN, puede especificar la tensión de cortante (en el plano de la superficie de soldadura en ángulo) paralela al eje de soldadura τ || en soldaduras en ángulo y se determina el estado límite último. Al modelar, tenga en cuenta que la soldadura se debe conectar a los bordes de dos elementos. Uno de estos elementos también puede representar un elemento nulo.

En la columna H "Elemento continuo" de la tabla 1.6 Sueldes, puede definir los elementos continuos. No se calculan las tensiones de soldadura en estos elementos. Si no se especifica ningún elemento en la columna H, las tensiones de soldadura se determinan en todos los elementos a los que está conectada la soldadura. Estos elementos se pueden asignar a la columna B "Elementos n. °". se toman de.

La figura 04 muestra la definición de la soldadura para el ejemplo descrito en este artículo.

Figura 01 - Tabla 1.6 Soldaduras

Tabla 5.1 Hilos de soldadura muestra las tensiones τ || para las soldaduras definidas en la Tabla 1.6 Sueldes. Tensiones de soldadura para el ejemplo descrito en la tabla.

Figura 02 - Tabla 5.1 Soldaduras

Bibliografía

[1] Eurocódigo 3: Cálculo de estructuras de acero - Parte 1-8: Cálculo de conexiones; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2] Petersen, C .: Estructuras de acero, 4. Edición. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Palabras clave

Soldadura de filete Soldadura Tensión de la soldadura Cálculo de soldadura Comprobación de deformación

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