41134x

001469

Sonja von Bloh, M.Sc.

2017-08-17

Projektowanie spoin pachwinowych wg EN 1993-1-8

Najbardziej spotykanym rodzajem spoiny w konstrukcji stalowej jest spoina pachwinowa. Zgodnie z EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1], spoiny pachwinowe mogą być stosowane do łączenia części, w której powierzchnie tworzą kąt od 60° do 120°.

Jako efektywną grubość a spoiny pachwinowej należy przyjąć wysokość największego trójkąta (z ramionami równymi lub nierównymi), jaki można wpisać w powierzchnie wtopienia i powierzchnię spoiny, mierzoną prostopadle do zewnętrznej strony tego trójkąta; patrz rysunek 01.

Grubość spoiny pachwinowej a dla normalnego przetopu (a) i dla głębokiego przetopu (b)

Grubość spoiny pachwinowej a dla innego przetopu. Grubość spoiny pachwinowej a dla normalnej penetracji b Grubość spoiny pachwinowej dla głębokiej penetracji

Obliczeniowa nośność spoin pachwinowych

Zgodnie z 1993-1-8 [1] nośność obliczeniowa spoiny pachwinowej jest zwykle określana przy użyciu metody kierunkowej lub metody uproszczonej. Metoda kierunkowa została opisana poniżej.

Zakłada się równomierny rozkład naprężeń na przekroju spoiny, prowadzący do naprężeń normalnych i ścinających pokazanych na rysunku 02, jak poniżej:

σ_⊥ naprężenia normalne prostopadłe do osi spoiny
σ_|| naprężenia normalne równoległe do osi spoiny
Naprężenie tnące τ_⊥ (w płaszczyźnie powierzchni spoiny pachwinowej) prostopadłe do osi spoiny
τ_|| naprężenie ścinające (w płaszczyźnie powierzchni spoiny pachwinowej) równolegle do osi spoiny

Naprężenia spoiny w efektywnym przekroju spoiny pachwinowej

Naprężenie normalne σ_|| równolegle do osi nie jest uwzględniana podczas weryfikacji obliczeniowej nośności spoiny pachwinowej.

Obliczeniowa nośność spoiny pachwinowej będzie wystarczająca, jeżeli zostaną spełnione następujące warunki:

\begin{array}{l} \sqrt{σ_{⊥}^{2} + 3 \cdot (τ_{⊥}^{2} + τ_{| |}^{2})} \leq \frac{f_{u}}{β_{w} \cdot γ_{M 2}} \\ σ_{⊥} \leq 0, 9 \cdot \frac{f_{u}}{γ_{M 2}} \end{array}

Wzór 1

Gdzie
f_u jest nominalnym naprężeniem końcowym rozciągającym słabszej części łączonej,
β_w jest odpowiednim współczynnikiem korelacji (patrz EN 1993-1-8, tabela 4.1)
γ_M2 jest częściowym współczynnikiem bezpieczeństwa dotyczącym nośności spoin.

Przykład

Wymiarowanie spoiny pachwinowej belki pokazanej na rysunku 03 z [2].

Materiał: S235, f_u = 36,0 kN/cm², β_w = 0,8
Siły wewnętrzne: V_z = 350 kN

złącze kratownica-podciąg

punkt ciężkości

z_{S} = \frac{Σ (A_{i} \cdot z_{Si})}{{ΣA}_{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 cm

Wzór 2

Moment bezwładności
W odniesieniu do środka ciężkości moment bezwładności wynosi:

\begin{array}{l} I_{y} = \sum (I_{yi} + A_{i} \cdot z_{si}^{2}) - \frac{{(\sum A_{i} \cdot z_{Si})}^{2}}{{ΣA}_{i}} = \\ = 850, 88 \frac{20, 00 \cdot 2, 00 ³}{12} \frac{1, 20 \cdot 40, 00 ³}{12} \frac{15, 00 \cdot 3, 00 ³}{12} 91, 48 \cdot 43, 72 ² 40, 00 \cdot 44, 00 ² 48, 00 \cdot 23, 00 ² 45, 00 \cdot 1, 50 ² - \\ - \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 {cm}^{4} \end{array}

Wzór 3

Momenty statyczne
W odniesieniu do środka ciężkości obliczane są momenty statyczne łączonych przekrojów przy użyciu spoin ➀, ➁ i ➂:
S_{y, 1} = A₁ ∙ (z_{S, 1} - z_S ) = 91,48 ∙ (43,72–30,88) = 1,175 cm³
S_{y, 2} = S_{y, 1} + A₂ ∙ (z_{S, 2} - z_S ) = 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1700 cm³
S_{y, 3} = A₃ ∙ (z_S - z_{S, 3} ) = 45,00 ∙ (30,88 - 1,50) = 1322 cm³

Wymiarowanie spoiny

\begin{array}{l} τ_{| |, Vz, i} = \frac{- V_{z} \cdot S_{y, i}}{I_{y} \cdot {Σa}_{w, i}} \leq \frac{f_{u}}{\sqrt{3} \cdot β_{w} \cdot γ_{M 2}} = \frac{36, 0}{\sqrt{3} \cdot 0, 8 \cdot 1, 25} = 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 1} = \frac{- 350 \cdot 1.175}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 4} = - 7, 23 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 2} = \frac{- 350 \cdot 1.700}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 5} = - 8, 37 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \\ τ_{| |, Vz, 3} = \frac{- 350 \cdot 1.322}{71.095 \cdot 2 \cdot 0, 4} = - 8, 13 kN / cm ² < 20, 78 kN / cm ² \end{array}

Wzór 4

SHAPE-THIN
W SHAPE -THIN, naprężenie styczne (w płaszczyźnie powierzchni spoiny pachwinowej) równolegle do osi spoiny τ_|| można obliczyć na spoinach pachwinowych i obliczyć nośność. Podczas modelowania spoinę należy połączyć z krawędziami dwóch elementów. Jeden z tych elementów może być jednocześnie elementem fikcyjnym.

W kolumnie H „Element ciągły” w tabeli 1.6 Spoiny można zdefiniować elementy ciągłe. Na elementach tych nie są obliczane żadne naprężenia spoiny. Jeżeli w kolumnie H nie określono żadnego elementu, naprężenia w spoinie są określane na wszystkich elementach, z którymi połączona jest spoina. Elementy te można pobrać z kolumny B, "Element nr."

Rysunek 04 przedstawia definicję spoiny dla przykładu opisanego w tym artykule.

Tabela 1.6 Spoiny

Tabela 5.1 Spoiny wyświetla wynikowe naprężenia τ_|| dla spoin zdefiniowanych w tabeli 1.6 Spoiny. Rysunek 05 przedstawia naprężenia w spoinie dla przykładu opisanego w tym artykule.

Tabela 5.1 Naprężenia spoiny

Literatura

[1]	Eurokod 3: Wymiarowanie konstrukcji stalowych - Część 1-8: Projektowanie połączeń; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2]	Petersen, C. (1982). Stahlbau, 4 red.). Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Autor

Pani von Bloh zapewnia naszym klientom wsparcie techniczne i jest odpowiedzialna za rozwój programu SHAPE‑THIN oraz konstrukcji stalowych i aluminiowych.

Odnośniki

SHAPE-THIN - Charakterystyki przekrojów cienkościennych

Odniesienia

European Recommendations for the Design of Simple Joints in Steel Structures. ECCS - European Convention for Constructional Steelwork, Mem Martins, edition = 1. 2009.

Pobrane

Plik modelu SHAPE-THIN

364 KB

;