Vérification des soudures d’angle selon EN 1993-1-8

Article technique

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La soudure d’angle est le type de soudure le plus courant dans la construction métallique. Selon EN 1993-1-8 4.3.2.1 (1) [1], les soudures d’angle peuvent être utilisées pour assembler des éléments structuraux où les surfaces de liaison forment un angle compris entre 60° et 120°.

On suppose généralement que l'épaisseur efficace de la gorge a d'une soudure d'angle est la hauteur de l'axe triangulaire (isocèle ou non isocèle) qui est mesurée jusqu'au point de racine théorique, voir la Figure 01.

Figure 01 - Throat Thickness a of Fillet Weld (a) and Deep Penetration Fillet Weld (b)

État limite ultime des soudures d'angle

Selon 1993-1-8 [1] , l'état limite ultime des soudures d'angle est généralement déterminé par la méthode directionnelle ou la méthode simplifiée. La méthode relative à la direction est affichée ci-dessous.

La contrainte appliquée est supposée être répartie uniformément sur la section de la barre et entraîner les contraintes normales et de cisaillement suivantes comme indiqué sur la Figure 02:

  • σ Contrainte normale perpendiculaire à l'axe de la soudure
  • σ || Contrainte normale parallèle à l'axe de la soudure
  • τ Contrainte de cisaillement (dans le plan de la surface de soudure d'angle) perpendiculaire à l'axe de la soudure
  • τ || Contrainte de cisaillement (dans le plan de la surface de la soudure d'angle) parallèle à l'axe de la soudure

Figure 02 - Weld Stresses on Throat Section of Fillet Weld

Lors de la détermination de la résistance de la soudure d'angle, les contraintes normales σ || Négligé parallèlement à l'axe de la soudure.

L'état limite ultime d'une soudure d'angle est suffisant si les conditions suivantes sont remplies:

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

Où est
f u la résistance à la traction du plus faible des composants structuraux assemblés,
β w est le facteur de corrélation (voir EN 1993-1-8, tableau 4.1),
γ M2 est le coefficient partiel de sécurité pour la résistance des soudures.

Exemple

Vérification des soudures d'angle de la poutre illustrées à la Figure 03 à partir de [2] .

Matériau : S235, f u = 36,0 kN / cm², β w = 0,8
Efforts internes: V z = 350 kN

Figure 03 - Beam

Centre de gravité

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

Moment d'inertie
Le moment d'inertie est relatif à l'axe du centre de gravité:

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

Moments statiques
Les moments structuraux des parties de la section connectées à l'aide des coutures ➀, ➁ et ➂ sont calculés à partir de l'axe centroïdal:
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

Vérification des soudures

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

SHAPE-THIN
Dans SHAPE-THIN, vous pouvez spécifier la contrainte de cisaillement (dans le plan de la surface de soudure d'angle) parallèlement à l'axe de soudure τ || Les soudures d'angle et l'état limite ultime sont déterminés. Lors de la modélisation, notez que la soudure doit être connectée aux bords de deux éléments. L'un de ces éléments peut également représenter un élément nul.

Dans la colonne H «Continuous Element» du tableau 1.6 Welds, vous pouvez définir les éléments continus. Aucune contrainte de soudure n'est calculée sur ces éléments. Si aucun élément n'est spécifié dans la colonne H, les contraintes de soudure sont déterminées pour tous les éléments auxquels la soudure est connectée. Ces éléments peuvent être attribués à la colonne B «Éléments n °». proviennent de.

La Figure 04 affiche la définition de la soudure pour l'exemple décrit dans cet article.

Figure 04 - Table 1.6 Welds

Le tableau 5.1 Fils de soudure affiche les contraintes τ || pour les soudures définies dans le Tableau 1.6 Soudures. La Figure 05 affiche les contraintes de soudure pour l'exemple décrit dans le tableau.

Figure 05 - Table 5.1 Welds

Bibliographie

[1] Eurocode 3: Vérification des structures en acier - Partie 1-8: Vérification des connexions; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2] Petersen, C .: Structures en acier, 4. Edition. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Mots-Clés

Soudure d&#39;angle Soudure Contrainte de soudage Vérification de la soudure Contrôle de déformation

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