41211x

001469

Sonja von Bloh, M.Sc.

2017-08-17

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

Угловой сварной шов является наиболее распространенным типом сварного шва в стальных строительных конструкциях. По норме EN 1993‑1‑8, 4.3.2.1 (1) [1], можно использовать угловые швы для соединения конструктивных элементов, у которых поверхности проплавления образуют угол от 60° до 120°.

Эффективная толщина сварного шва a, у углового шва должна быть, как правило, принята равной высоте наибольшего треугольника (с равными или неравными катетами), который вписан между гранями проплавления и поверхностью шва, измеренной перпендикулярно внешней стороне этого треугольника, см. рисунок 01.

Толщина углового шва a для нормального (a) и глубокого (b)

Толщина углового шва a для различного проплавления. Толщина углового шва a для нормального проникновения b Толщина углового шва для глубокого проплавления

Несущая способность угловых швов

По 1993‑1‑8 [1] расчетная несущая способность углового шва определяется с помощью метода направления или упрощенного метода. Метод направления усилия описан ниже.

Предполагается, что в сечении шва будет равномерно распределено напряжение, которое приведет к следующим нормальным и касательным напряжениям, показанным на рисунке 02:

σ_⊥ нормальное напряжение, перпендикулярное оси шва
σ_|| нормальное напряжение, параллельное оси шва
τ_⊥ сдвигающее напряжение (в плоскости поверхности углового шва), перпендикулярное оси шва
τ_|| сдвигающее напряжение (в плоскости поверхности углового шва), параллельное оси шва

Напряжения при сварке в эффективном сечении углового шва

Нормальное напряжение σ_||, параллельное оси шва, не учитывается при проверке расчетной несущей способности углового шва.

Несущая способность углового шва будет достаточна при соблюдении следующих условий:

\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}

Формула 1

где
f_u - номинальный предел прочности при растяжении более слабого соединяемого элемента,
β_w - соответствующий коэффициент корреляции (см. EN 1993‑1‑8, таблица 4.1)
γ_M2 - частный коэффициент надежности для прочности сварных швов.

Пример

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

Материал: S235, f_u = 36,0 кН/см², β_w = 0,8
Внутренние силы: V_z = 350 кН

Балка

Центр тяжести

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

Формула 2

Момент инерции
Относительно оси центра тяжести момент инерции равен:

\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}

Формула 3

Статические моменты
Относительно оси центра тяжести, статические моменты для частей сечений, присоединенных с помощью сварных швов ➀, ➁ и ➂, рассчитываются следующим образом:
S_y,1 = A₁ ∙ (z_S,1 - z_S) = 91,48 ∙ (43,72- 30,88) = 1175 см³
S_y,2 = S_y,1 + A₂ ∙ (z_S,2 - z_S) = 1175 + 40,00 ∙ (44,00 - 30,88) = 1700 см³
S_y,3 = A₃ ∙ (z_S - z_S,3) = 45,00 ∙ (30,88- 1,50) = 1322 см³

Расчет швов

\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}

Формула 4

SHAPE-THIN
В программе SHAPE-THIN можно выполнить расчет сдвигающего напряжения (в плоскости углового шва), параллельного оси шва τ_||, на угловых швах, а также проверку несущей способности. При моделировании необходимо обратить внимание на то, чтобы сварной шов соединял края двух элементов. Один из этих элементов может быть нулевым.

В столбце H «Непрерывный элемент» таблицы 1.6 Сварные швы можно задать непрерывные элементы. У данных элементов не рассчитываются напряжения в сварных швах. Если в столбце H не указано ни одного элемента, то напряжения в сварных швах рассчитываются у всех элементов, которые соединены сварным швом. Данные элементы указаны в столбце B «Элемент №».

На рисунке 04 показано задание сварного шва для примера, описанного в нашей статье.

Таблица 1.6 Сварные швы

В таблице 5.1 Напряжения в швах указаны напряжения τ_|| для швов, заданных в таблице 1.6 Сварные швы. На рисунке 05 показаны напряжения в сварных швах для примера нашей статьи.

Таблица 5.1 Напряжения при сварке

Литература

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

Автор

Г-жа фон Бло оказывает техническую поддержку нашим клиентам и отвечает за разработку программы SHAPE‑THIN, а также стальных и алюминиевых конструкций.

Ссылки

Программы для расчета характеристик сечений

Ссылки

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

Скачивания

Файл модели в программе SHAPE-THIN

364 KB

;