Projektowanie spoin pachwinowych wg EN 1993-1-8

Artykuł o tematyce technicznej

Artykuł został przetłumaczony przez Google Translator Podgląd oryginalnego tekstu

Najbardziej spotykanym rodzajem spoiny w konstrukcji stalowej jest spoina pachwinowa. Zgodnie z normą EN 1993‑1‑8, 4.3.2.1 (1) [1], spoiny pachwinowe można stosować do łączenia części, których ścianki tworzą kąt od 60° do 120°.

Przyjmuje się, że efektywna gęstość przewężenia a spoiny pachwinowej jest równa wysokości osi trójkąta (równoramiennego lub równoramiennego), mierzonej do teoretycznego punktu zerowego, patrz Rysunek 01.

Rysunek 01 - Grubość filcu Gardła a dla różnych zastosowań. Grubość przewężenia normalnego zaokrąglenia zaokrąglenia zaokrąglenia zaokrąglenia zaokrąglenia zaokrąglenia lub zaokrąglenia zaokrąglenia zaokrąglenia i zaokrąglenia zaokrąglenia

Stan graniczny granulacji spoin pachwinowych

Zgodnie z 1993-1-8 [1] ostateczny stan graniczny spoin pachwinowych jest zazwyczaj określany metodą kierunkową lub metodą uproszczoną. Metoda zależna od kierunku przedstawiona jest poniżej.

Przyjmuje się, że naprężenie przyłożone rozkłada się równomiernie na przekroju i powoduje następujące naprężenia normalne oraz naprężenia ścinające, jak pokazano na rysunku 02:

  • σ naprężenie normalne prostopadłe do osi spoiny
  • σ || Naprężenie normalne równoległe do osi spoiny
  • τ Naprężenie styczne (w płaszczyźnie powierzchni spoiny pachwinowej) prostopadłe do osi spoiny
  • τ || Naprężenie styczne (w płaszczyźnie powierzchni spoiny pachwinowej) równolegle do osi spoiny

Rysunek 02 - Naprężenia szwu spoiny w efektywnym przekroju spoiny pachwinowej

Przy określaniu nośności spoiny zaokrąglenia naprężenia normalne σ || Pomijany równolegle do osi spoiny.

Ostateczny stan graniczny spoiny pachwinowej jest wystarczający, jeżeli spełnione są następujące warunki:

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

Gdzie jest
f u wytrzymałość na rozciąganie słabszą od połączonych elementów strukturalnych
β w jest współczynnikiem korelacji (patrz EN 1993-1-8, tabela 4.1),
γ M2 jest częściowym współczynnikiem bezpieczeństwa dla wytrzymałości spoin.

Przykład

Wymiarowanie spoin pachwinowych 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

Rysunek 03 - Belka

Środek ciężkości

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

Moment bezwładności
Moment bezwładności jest odniesiony do osi ciężkości.

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

Momenty statyczne
Na podstawie osi ciężkości obliczane są momenty statyczne dla części przekroju połączonych za pomocą szwów ➀, ➁ i ➂.
S , 1 = A 1 ∙ (z S, 1 - z S ) = 91,48 ∙ (43,72 - 30,88) = 1,175 cm³
S , 2 = S , 1 + A 2 ∙ (z S, 2 - z S ) = 1175 + 40.00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1700 cm³
S , 3 = A 3 ∙ (z S - z S, 3 ) = 45,00 ∙ (30.88- 1.50) = 1322 cm³

Wymiarowanie spoin

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

SHAPE-THIN
W SHAPE-THIN można określić naprężenie tnące (w płaszczyźnie powierzchni spoiny pachwinowej) równolegle do osi spoiny τ || W przypadku spoin pachwinowych określa się stan graniczny nośności. Podczas modelowania należy pamiętać, że spoina musi być połączona z krawędziami dwóch elementów. Jeden z tych elementów może również reprezentować element Zero.

W kolumnie H "Element ciągły" w tabeli 1.6 Spoiny można zdefiniować elementy ciągłe. Na tych elementach nie są obliczane naprężenia spoiny. Jeżeli w kolumnie H nie zostanie zdefiniowany żaden element, naprężenia spoiny są określane dla wszystkich elementów, z którymi połączony jest spoina. Elementy te można przydzielić do kolumny B "Elementy nr" są zaczerpnięte z.

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

Rysunek 04 - Tabela 1.6 Spoiny

Tabela 5.1 Wątki spoiny przedstawiają naprężenia τ || dla spoin zdefiniowanych w tabeli 1.6 Spoiny. Rysunek 05 przedstawia naprężenia spoiny dla przykładu opisanego w tabeli.

Rysunek 05 - Tabela 5.1 Nici spawalne

Literatura

[1] Eurokod 3: Wymiarowanie konstrukcji stalowych - Część 1-8: Wymiarowanie połączeń; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2] Petersen, C. Konstrukcje stalowe, 4. Edycja Wiesbaden: Springer Vieweg, 2013

Słowa kluczowe

Spoina pachwinowa Spoina Naprężenie spoiny Konstrukcja szwu spoiny Kontrola odkształceń

Do pobrania

Linki

Kontakt

Kontakt do Dlubal

Mają Państwo pytania lub potrzebują porady?
Zapraszamy do bezpłatnego kontaktu z nami drogą mailową, poprzez czat lub forum lub odwiedzenia naszej strony z FAQ z użytecznymi wskazówkami i rozwiązaniami.

+48 (32) 782 46 26

+48 730 358 225

info@dlubal.pl

Charakterystyki przekrojów Cienkościenne
SHAPE-THIN 8.xx

Charakterystyki przekrojów cienkościennych

Charakterystyki przekrojów, analiza naprężeń i projektowanie plastyczne otwartych i zamkniętych przekrojów cienkościennych

Cena pierwszej licencji
1 120,00 USD