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°.

Lo spessore di saldatura effettivo a di una saldatura di raccordo deve essere considerato come l'altezza del triangolo più grande (con gambe uguali o disuguali) che può essere inscritto tra le facce di fusione e la superficie di saldatura, misurata perpendicolarmente al lato esterno di questo triangolo, vedere Figura 01

Figura 01 - Spessore del raccordo Saldatura a alla penetrazione normale (a) e alla penetrazione profonda (b)

Resistenza di progetto delle saldature di raccordo

Secondo 1993-1-8 [1] , la resistenza di progetto di una saldatura di raccordo è di solito determinata usando il metodo direzionale o il metodo semplificato. Il metodo direzionale è descritto di seguito.

Una distribuzione uniforme della sollecitazione è assunta sulla sezione della saldatura, portando alle normali sollecitazioni e alle sollecitazioni di taglio mostrate nella Figura 02, come segue:

  • σ sollecitazione normale perpendicolare all'asse della saldatura
  • σ|| sforzo normale parallelo all'asse di saldatura
  • τ sollecitazione di taglio (nel piano della superficie di saldatura ad angolo) perpendicolare all'asse saldatura
  • τ|| sollecitazione a taglio (nel piano della superficie di saldatura del raccordo) parallela all'asse di saldatura

Figura 02 - Saldature sulla sezione efficace della saldatura del raccordo

Lo stress normale σ|| parallelo all'asse non è considerato quando si verifica la resistenza di progetto della saldatura del raccordo.

La resistenza di progetto della saldatura del raccordo sarà sufficiente se sono soddisfatte le seguenti condizioni:

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

Valori:
fu è la tensione di trazione massima nominale della parte più debole unita
βw è il fattore di correlazione appropriato (vedere EN 1993-1-8, Tabella 4.1)
γM2 è il fattore di sicurezza parziale per la resistenza delle saldature

Esempio

Progetto di una saldatura di raccordo della trave visualizzata in Figura 03 da [2] .

Materiale: S235, fu = 36,0 kN/cm², βw = 0,8
Forze interne: Vz = 350 kN

Figura 03 - Trave

baricentro

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

Momento d'inerzia
Per quanto riguarda il centroide, il momento d'inerzia è:

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

Momenti statici
Per quanto riguarda il centroide, i momenti statici delle sezioni trasversali collegate sono calcolati utilizzando le saldature ➀, ➁ e ➂:
Sy, 1 = A1 ∙ (zS, 1 - zS ) = 91.48 ∙ (43.72-30.88) = 1.175 cm³
Sy, 2 = Sy, 1 + A2 ∙ (zS, 2 - zS ) = 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1,700 cm³
Sy, 3 = A3 ∙ (zS - zS, 3 ) = 45.00 ∙ (30.88- 1.50) = 1.322 cm³

Progetto della saldatura

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

SHAPE-THIN
In SHAPE-THIN, la tensione di taglio (nel piano della superficie di saldatura del raccordo) parallela all'asse di saldatura τ|| può essere calcolato su saldature di raccordo e la resistenza può essere progettata. Durante la modellazione, la saldatura deve essere collegata ai bordi di due elementi. Uno di questi elementi può anche essere un elemento fittizio.

Nella colonna H "Elemento continuo" della Tabella 1.6 Saldature, è possibile definire gli elementi continui. Non vengono calcolate tensioni di saldatura su questi elementi. Se nella colonna H non è specificato alcun elemento, le tensioni di saldatura sono determinate su tutti gli elementi a cui è collegata la saldatura. Questi elementi possono essere presi dalla colonna B 'N. elementi'.

La Figura 04 mostra la definizione di saldatura per l'esempio descritto in questo articolo.

Figura 04 - Tabella 1.6 Saldature

La Tabella 5.1 Saldature mostra le tensioni risultanti τ|| per le saldature definite nella Tabella 1.6 Saldature. La Figura 05 mostra le tensioni di saldatura per l'esempio descritto in questo articolo.

Figura 05 - Tabella 5.1 Saldature

Riferimento

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

Parole chiave

Saldatura di filetti Saldatura Progettazione della saldatura del raccordo

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