Verifica delle saldature a cordone d’angolo secondo EN 1993-1-8

Articolo tecnico

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Quella a cordone d’angolo è il tipo di saldatura più comune nelle strutture in acciaio. Secondo il paragrafo 4.3.2.1 (1) dell’EN 1993‑1‑8 [1], le saldature a cordone d’angolo potrebbero essere utilizzate per collegare parti strutturali con angolo di cianfrino compreso fra 60° e 120°.

Si assume generalmente che lo spessore efficace della gola a di una saldatura di raccordo sia l'altezza dell'asse triangolare (isoscele o non isoscele) che è misurata fino al punto teorico della radice, vedere la figura 01.

Figura 01 - Spessore di saldatura del raccordo a con diversa penetrazione. a Spessore della saldatura del raccordo a penetrazione normale b Spessore della saldatura del raccordo a penetrazione profonda

Stato limite ultimo delle saldature dei filetti

Secondo 1993-1-8 [1] , lo stato limite ultimo delle saldature di raccordo è solitamente determinato dal metodo direzionale o dal metodo semplificato. Il metodo relativo alla direzione è mostrato sotto.

Si presume che la tensione applicata si distribuisca uniformemente sulla sezione trasversale della giuntura e determini le seguenti tensioni normali e di taglio come mostrato nella figura 02:

  • σ ⊥ Tensione normale perpendicolare all'asse della saldatura
  • σ || Tensione normale parallelamente all'asse della saldatura
  • τ ⊥ Tensione di taglio (nel piano della superficie di saldatura del raccordo) perpendicolare all'asse della saldatura
  • τ || Tensione di taglio (nel piano della superficie della saldatura di raccordo) parallela all'asse della saldatura

Quando si determina la resistenza della saldatura di raccordo, le tensioni normali σ || Trascurato parallelo all'asse della saldatura.

Lo stato limite ultimo di una saldatura di raccordo è sufficiente se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

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

Dov'è
f u la resistenza alla trazione del più debole dei componenti strutturali collegati,
β w è il coefficiente di correlazione (vedi EN 1993-1-8, Tabella 4.1),
γ M2 è il coefficiente di sicurezza parziale per la resistenza delle saldature.

Esempio

Progettazione delle saldature d'angolo della trave mostrate nella figura 03 a partire da [2] .

Materiale: S235, f u = 36,0 kN / cm², β w = 0,8
Forze interne: V z = 350 kN

Centro di gravità

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

Momento d'inerzia
Il momento di inerzia è correlato all'asse baricentrico:

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

Momenti statici
In base all'asse baricentrico, si calcolano i momenti strutturali per le sezioni trasversali collegate tramite le giunzioni ➀, ➁ e 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

Progettazione di saldature

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

SHAPE-THIN
In SHAPE-THIN, è possibile specificare la tensione di taglio (nel piano della superficie di saldatura del raccordo) parallelamente all'asse della saldatura τ || si determinano le saldature di raccordo e lo stato limite ultimo. Durante la modellazione, si noti che la saldatura deve essere collegata ai bordi di due elementi. Uno di questi elementi può anche rappresentare un elemento Null.

Nella colonna H "Elemento continuo" della Tabella 1.6 Saldature, è possibile definire gli elementi continui. Su questi elementi non si calcolano tensioni di saldatura. Se nessun elemento è specificato nella colonna H, le tensioni di saldatura saranno determinate su tutti gli elementi a cui è collegata la saldatura. Questi elementi possono essere assegnati alla colonna B "Elementi n." sono presi da.

La figura 04 mostra la definizione della saldatura per l'esempio descritto in questo articolo.

Figura 02 - Tabella 1.6 Saldature

La tabella 5.1 Filetti di saldatura mostra le tensioni τ || per le saldature definite nella tabella 1.6 Saldature. La figura 05 mostra le tensioni di saldatura per l'esempio descritto nella tabella.

Figura 03 - Tabella 5.1 Saldature

Letteratura

[1]Eurocodice 3: Progettazione di strutture in acciaio - Parte 1-8: Progettazione di collegamenti; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2]Petersen, C .: Strutture in acciaio, 4. Edizione. Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Parole chiave

Saldatura di raccordo Saldare Strato di saldatura Saldare il disegno della cucitura Controllo di deformazione

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