Расчет угловых сварных швов по норме EN 1993-1-8

Техническая статья

Угловой сварной шов является наиболее распространенным типом сварного шва в стальных строительных конструкциях. Согласно норме EN 1993‑1‑8, 4.3.2.1 (1) [1], угловые швы могут быть применены для соединения конструктивных деталей, если поверхности свариваемых кромок образуют угол от 60° до 120°.

 

Полезную толщину углового сварного шва следует принимать как высоту самого большого треугольника (с равными или неравными сторонами), который может быть вписан в сварные кромки и поверхность сварного шва, измеренную перпендикулярно внешней стороне этого треугольника, см. Рисунок 01.

Рисунок 01 - Толщина углового шва (a) и углового шва с глубоким проплавлением (b)

Расчетное сопротивление угловых швов

Согласно норме EN 1993‑1‑8 [1], расчетное сопротивление углового шва обычно определяется с применением направляющего метода или упрощенного метода. Направляющий метод описан ниже.

На участке толщины сварного шва предполагается равномерное распределение напряжения, что приводит к нормальным напряжениям и напряжениям сдвига, показанным на рисунке 02, следующим образом:

  • σ - нормальное напряжение, перпендикулярное толщине шва
  • σ|| - нормальное напряжение, параллельное оси сварного шва
  • τ - напряжение сдвига (в плоскости толщины), перпендикулярное оси сварного шва
  • τ|| - напряжение сдвига (в плоскости толщины), параллельное оси сварного шва

Рисунок 02 - Собственные напряжения сварки на участке толщины углового шва

Нормальное напряжение σ||, параллельное оси, не учитывается при проверке расчетного сопротивления сварного шва.

Расчетное сопротивление углового шва будет достаточным, если удовлетворены следующие два условия:

$$\begin{array}{l}\sqrt{\mathrm\sigma_\perp^2\;+\;3\;\cdot\;(\mathrm\tau_\perp^2\;+\;\mathrm\tau_{\vert\vert}^2)}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{{\mathrm\beta}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\\{\mathrm\sigma}_\perp\;\leq\;0.9\;\cdot\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\end{array}$$

где

fu допустимый предел прочности при растяжении более слабой части соединения
βw соответствующий коэффициент корреляции (см. EN1993‑1‑8, Таблица 4.1)
γM2 частный коэффициент надёжности для сопротивления швов

Пример

Расчет углового шва балки показан на рисунке 03, [2].

  • Материал: S235, fu = 36.0 кН/см², βw = 0.8
  • Внутренние силы: Vz = 350 кН

Рисунок 03 - Балка

Центроид

$${\mathrm z}_\mathrm S\;=\;\frac{\mathrm\Sigma({\mathrm A}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm z}_\mathrm{Si})}{{\mathrm{ΣA}}_\mathrm i}\;=\;\frac{91.48\;\cdot\;43.72\;+\;40.00\;\cdot\;44.00\;+\;48.00\;\cdot\;23.00\;+\;45.00\;\cdot\;1.50}{224.48}\;=\;30.88\;\mathrm{cm}$$

Момент инерции

По отношению к центроиду момент инерции равен:

$$\begin{array}{l}{\mathrm I}_\mathrm y\;=\;\sum({\mathrm I}_\mathrm{yi}\;+\;{\mathrm A}_\mathrm i\;\cdot\;\mathrm z_\mathrm{si}^2)\;-\;\frac{\left(\sum{\mathrm A}_\mathrm i\;\cdot\;{\mathrm z}_\mathrm{Si}\right)^2}{{\mathrm{ΣA}}_\mathrm i}\;=\\=\;850.88\;+\;\frac{20.00\;\cdot\;2.00³}{12}\;+\;\frac{1.20\;\cdot\;40.00³}{12}\;+\;\frac{15.00\;\cdot\;3.00³}{12}\;+\;91.48\;\cdot\;43.72²\;+\;40.00\;\cdot\;44.00²\;+\;48.00\;\cdot\;23.00²\;+\;45.00\;\cdot\;1.50²\;-\\-\;\frac{(91.48\;\cdot\;43.72\;+\;40.00\;\cdot\;44.00\;+\;48.00\;\cdot\;23.00\;+\;45.00\;\cdot\;1.50)²}{224.48}\;=\\=\;71,095\;\mathrm{cm}^4\end{array}$$

Статические моменты

  По отношению к центроиду статические моменты связанных поперечных сечений вычисляются с использованием сварных швов ➀, ➁ и ➂:

$$\begin{array}{l}{\mathrm S}_{\mathrm y,1}\;=\;{\mathrm A}_1\;\cdot\;({\mathrm z}_{\mathrm S,1}\;-\;{\mathrm z}_\mathrm S)\;=\;91.48\;\cdot\;(43.72\;-\;30.88)\;=\;1,175\;\mathrm{cm}^3\\{\mathrm S}_{\mathrm y,2}\;=\;{\mathrm S}_{\mathrm y,1}\;+\;{\mathrm A}_2\;\cdot\;({\mathrm z}_{\mathrm S,2}\;-\;{\mathrm z}_\mathrm S)\;=\;1,175\;+\;40.00\;\cdot\;(44.00\;-\;30.88)\;=\;1,700\;\mathrm{cm}^3\\{\mathrm S}_{\mathrm y,3}\;=\;{\mathrm A}_3\;\cdot\;({\mathrm z}_\mathrm S\;-\;{\mathrm z}_{\mathrm S,3})\;=\;45.00\;\cdot\;(30.88\;-\;1.50)\;=\;1,322\;\mathrm{cm}^3\end{array}$$

Расчет шва

$$\begin{array}{l}{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},\mathrm i}\;=\;\frac{-{\mathrm V}_\mathrm z\;\cdot\;{\mathrm S}_{\mathrm y,\mathrm i}}{{\mathrm I}_\mathrm y\;\cdot\;{\mathrm{Σa}}_{\mathrm w,\mathrm i}}\;\leq\;\frac{{\mathrm f}_\mathrm u}{\sqrt3\;\cdot\;{\mathrm\beta}_\mathrm w\;\cdot\;{\mathrm\gamma}_{\mathrm M2}}\;=\;\;\frac{36.0}{\sqrt3\;\cdot\;0.8\;\cdot\;1.25}\;=\;20.78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},1}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1,175}{71,095\;\cdot\;2\;\cdot\;0.4}\;=\;-7.23\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20.78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},2}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1,700}{71,095\;\cdot\;2\;\cdot\;0.5}\;=\;-8.37\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20.78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\\{\mathrm\tau}_{\vert\vert,\mathrm{Vz},3}\;=\;\frac{-350\;\cdot\;1,322}{71,095\;\cdot\;2\;\cdot\;0.4}\;=\;-8.13\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\;<\;20.78\;\mathrm{kN}/\mathrm{cm}²\end{array}$$

SHAPE-THIN

В SHAPE‑THIN напряжение сдвига (в плоскости поверхности сварного шва) параллельно оси сварного шва τ|| может быть рассчитано на угловые швы, также может быть определено сопротивление. При моделировании сварной шов должен быть соединен с краями двух элементов. Один из этих элементов может быть фиктивным элементом.

По столбцу H ‘Непрерывный элемент’ таблицы 1.6 Сварные швы, вы можете определить непрерывные элементы. Для этих элементов не рассчитываются собственные напряжения сварки. Если в столбце Н не указан ни один элемент, то напряжения сварки определяются для всех элементов, с которыми связан сварной шов. Эти элементы можно взять из столбца B ‘Номер элементов’.

На рисунке 04 показано определение сварного шва для примера, описанного в данной статье.

Рисунок 04 - Таблица 1.6 Сварные швы

  Таблица 5.1 Сварные швы показывает результирующие напряжения τ|| для сварных швов, определенных по таблице 1.6. Сварные швы. На рисунке 05 показаны собственные напряжения сварки для примера, описанного в этой статье.

Рисунок 05 - Таблица 5.1 Сварные швы

Литература

[1] Eurocode3: Design of steel structures - Part1‑8: Design of joints; EN1993‑1‑8:2005+AC:2009
[2] Petersen,C. (2013). Stahlbau, (4thed.). Wiesbaden: Springer Vieweg.

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами или ознакомьтесь с различными предлагаемыми решениями и полезными советами на странице часто задаваемых вопросов.

+49 9673 9203 0

info@dlubal.com

Сечения Тонкостенные
SHAPE-THIN 8.xx

Программа для расчета сечений

Харакетристики сечений, расчет напряжений и пластический расчет открытых и замкнутых тонкостенных сечений

Цена первой лицензии
1 120,00 USD