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

Техническая статья

Эта статья была переведена Google Translator Посмотреть исходный текст

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°.

Эффективная толщина горла а в угловом шве, как правило, считается высотой треугольной оси (равнобедренные или равнобедренные), которая измеряется до теоретической точки корня, см. Рисунок 01.

Pисунок 01 - Throat Thickness a of Fillet Weld (a) and Deep Penetration Fillet Weld (b)

Предельное предельное состояние угловых швов

Согласно 1993-1-8 [1] , предельное предельное состояние угловых швов обычно определяется методом направления или упрощенным способом. Данный способ, описывающий направление, показан ниже.

Принятое напряжение принято равномерно распределять по поперечному сечению и приводить к следующим нормальным и поперечным напряжениям, как показано на рисунке 02:

  • σ нормальное напряжение, перпендикулярное оси шва
  • а | Нормальные напряжения, параллельные оси сварного шва
  • τ Напряжение сдвига (в плоскости поверхности скругления шва) перпендикулярно оси шва
  • и || Напряжение сдвига (в плоскости поверхности углового шва) параллельно оси шва

Pисунок 02 - Weld Stresses on Throat Section of Fillet Weld

При определении сопротивления углового шва нормальные напряжения σ || Пренебрежение параллельно оси сварного шва.

Конечное предельное состояние углового шва достаточно, если выполнены следующие 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
f u прочность на сдвиг слабее связанных структурных компонентов,
β w - коэффициент корреляции (см. EN 1993-1-8, Таблица 4.1),
γ M2 - частичный коэффициент надежности для сопротивления сварным швам.

Пример

Расчет угловых швов балки, показанных на рисунке 03, из [2] .

Материал: S235, f u = 36,0 кН / см², β w = 0,8
Внутренние силы: V z = 350 кН

Pисунок 03 - Beam

Центр тяжести

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

Момент инерции
Момент инерции относится к центральной оси:

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

Статические моменты
На основе центральной оси рассчитываются расчетные моменты для сечений, соединенных с помощью швов ➀, ➁ и calculated:
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 см³
S y, 3 = A 3 ∙ (z S - z S, 3 ) = 45,00 ∙ (30,88-1,50) = 1322 см³

Расчет швов

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

SHAPE-THIN
В SHAPE-THIN, можно задать напряжение сдвига (в плоскости поверхности сварного шва) параллельно оси шва τ || в угловых швах и определяется конечное предельное состояние. При моделировании обратите внимание, что шов должен быть соединен с краями двух элементов. Один из этих элементов также может представлять собой элемент Null.

В колонке H «Непрерывноный элемент» таблицы 1.6 «Швы», можно определить непрерывные элементы. На данные элементы не рассчитываются напряжения сварки. Если в колонке H нет элемента, напряжения сварного шва определяются по всем элементам, к которым подключен шов. Данные элементы можно присваивать колонке B «Элементы №» взяты из.

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

Pисунок 04 - Table 1.6 Welds

Таблица 5.1 Наварные нитки показывают напряжения τ || для сварных швов, определенных в таблице 1.6 Швабры. На рисунке 05 показаны напряжения в сварке для примера, описанного в таблице.

Pисунок 05 - Table 5.1 Welds

Литература

[1] Еврокод 3: Расчет стальных конструкций - Часть 1-8: Расчет соединений; EN 1993-1-8: 2005 + AC: 2009
[2] Petersen, C.: Стальные конструкции, 4. Издание Висбаден: Springer Vieweg, 2013

Ключевые слова

Сплав на углях Сварить Напряжение сварки Расчет сварного шва Проверка деформации

Загрузки

Ссылки

Контакты

Свяжитесь с Dlubal

У вас есть какие-либо вопросы или необходим совет?
Свяжитесь с нами через бесплатную поддержку по электронной почте, в чате или на форуме или найдите различные предлагаемые решения и полезные советы на страницах 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