根据EN 1993-1-8设计角焊缝

技术文章

角焊缝是钢结构建筑中最常见的焊缝类型。根据EN 1993-1-8,4.3.2.1(1) [1] ,角焊缝可用于连接结构部件,其中熔合面形成60°和120°之间的角度。

角焊缝的有效喉部厚度a应取为最大三角形(具有相等或不等的支腿)的高度,可以在熔合面和焊接表面内刻,垂直于该三角形的外侧测量,见图01。

图01 - 角焊缝(a)和深穿透圆角焊缝(b)的喉部厚度a

角焊缝的设计阻力

根据EN 1993-1-8 [1] ,角焊缝的设计阻力通常使用定向法或简化法确定。定向方法如下所述。

假设焊缝的喉部有均匀的应力分布,导致图02所示的法向应力和剪切应力如下:

  • σ⊥是垂直于喉部的正常应力
  • σ ||是平行于焊缝轴线的法向应力
  • τ⊥是垂直于焊缝轴线的剪切应力(在喉部平面内)
  • τ ||是平行于焊缝轴线的剪切应力(在喉部平面内)

图02-角焊缝喉部的焊缝应力

正常应力σ ||在验证焊缝的设计阻力时,不考虑与轴平行。

如果满足以下条件,角焊缝的设计阻力就足够了:

$$ \ {开始阵列} {1} \ SQRT {\ mathrm \ sigma_ \ PERP ^ 2 \ + \; 3 \; \ CDOT \;(\ mathrm \ tau_ \ PERP ^ 2 \ + \; \ mathrm \ tau _ {\ vert \ vert} ^ 2)} \; \ leq \; \ frac {{\ mathrm f} _ \ mathrm u} {{\ mathrm \ beta} _ \ mathrm w \; \ cdot \; {\ mathrm \ gamma} _ {\ mathrm M2}} \\ {\ mathrm \ sigma} _ \ perp \; \ leq \; 0.9 \; \ cdot \; \ frac {{\ mathrm f} _ \ mathrm u} {{\ mathrm \ gamma} _ {\ mathrm M2}} \ end {array} $$

哪里

你呢 是连接的较弱部分的标称极限拉伸应力
βw ^ 是适当的相关因子(见EN 1993-1-8,表4.1)
γM2 是焊缝阻力的部分安全系数

[ 03 ]中图03所示梁的角焊缝设计。

  • 材料:S235中,f U = 36.0千牛/平方厘米,βW = 0.8
  • 内力:V z = 350 kN

图03 - 梁

形心

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

惯性的时刻

关于质心,惯性矩是:

$$ \ begin {array} {l} {\ mathrm I} _ \ mathrm y \; = \; \ sum({\ mathrm I} _ \ mathrm {yi} \; + \; {\ mathrm A} _ \ mathrm i \; \ cdot \; \ mathrm z_ \ mathrm {si} ^ 2)\; - \; \ frac {\ left(\ sum {\ mathrm A} _ \ mathrm i \; \ cdot \; {\ mathrm z} _ \ mathrm {Si} \ right)^ 2} {{\ mathrm {ΣA}} _ \ mathrm i} \; = \\ = \; 850.88 \; + \; \ frac {20.00 \; \ cdot \ ;2.00³} {12} \; + \; \压裂{1.20 \; \ CDOT \;40.00³} {12} \; + \; \压裂{15.00 \; \ CDOT \;3.00³} {12} \ + \; 91.48 \; \ CDOT \;43.72²\ + \; 40.00 \; \ CDOT \;44.00²\ + \; 48.00 \; \ CDOT \;23.00²\ + \; 45.00 \; \ CDOT \;1.50²\; - \\ - \; \压裂{(91.48 \; \ CDOT \; 43.72 \ + \; 40.00 \; \ CDOT \; 44.00 \ + \; 48.00 \; \ CDOT \; 23.00 \ + \; 45.00 \; \ CDOT \; 1.50)2} {224.48} \; = \\ = \; 71095 \; \ mathrm {厘米} ^ 4 \ {端阵列} $$

静态时刻

关于质心,通过使用焊缝➀,➁和calculated计算连接的横截面的静态力矩:

$$ \ begin {array} {l} {\ mathrm S} _ {\ mathrm y,1} \; = \; {\ mathrm A} _1 \; \ cdot \;({\ mathrm z} _ {\ mathrm S,1} \; - \; {\ mathrm z} _ \ mathrm S)\; = \; 91.48 \; \ cdot \;(43.72 \; - \; 30.88)\; = \; 1,175 \; \ mathrm {cm} ^ 3 \\ {\ mathrm S} _ {\ mathrm y,2} \; = \; {\ mathrm S} _ {\ mathrm y,1} \; + \; {\ mathrm A} _2 \ ; \ cdot \;({\ mathrm z} _ {\ mathrm S,2} \; - \; {\ mathrm z} _ \ mathrm S)\; = \; 1,175 \; + \; 40.00 \; \ cdot \;(44.00 \; - \; 30.88)\; = \; 1,700 \; \ mathrm {cm} ^ 3 \\ {\ mathrm S} _ {\ mathrm y,3} \; = \; {\ mathrm A } _3 \; \ cdot \;({\ mathrm z} _ \ mathrm S \; - \; {\ mathrm z} _ {\ mathrm S,3})\; = \; 45.00 \; \ cdot \;( 30.88 \; - \; 1.50)\; = \; 1322 \; \ mathrm {厘米} ^ 3 \ {端阵列} $$

焊接设计

$$ \ begin {array} {l} {\ mathrm \ tau} _ {\ vert \ vert,\ mathrm {Vz},\ mathrm i} \; = \; \ frac { - {\ mathrm V} _ \ mathrm z \; \ cdot \; {\ mathrm S} _ {\ mathrm y,\ mathrm i}} {{\ mathrm I} _ \ mathrm y \; \ cdot \; {\ mathrm {Σa}} _ {\ mathrm w,\ mathrm i}} \; \ leq \; \ frac {{\ mathrm f} _ \ mathrm u} {\ sqrt3 \; \ cdot \; {\ mathrm \ beta} _ \ mathrm w \; \ cdot \ ; {\ mathrm \ gamma} _ {\ mathrm M2}} \; = \; \; \ frac {36.0} {\ sqrt3 \; \ cdot \; 0.8 \; \ cdot \; 1.25} \; = \; 20.78 \; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米}²\\ {\ mathrm \ tau蛋白} _ {\ VERT \ VERT,\ mathrm {1/2},1} \; = \; \压裂{-350 \; \ CDOT \; 1175} {71095 \; \ CDOT \; 2 \; \ CDOT \; 0.4} \; = \; - 7.23 \; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米} 2 \; <\; 20.78 \ ; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米}²\\ {\ mathrm \ tau蛋白} _ {\ VERT \ VERT,\ mathrm {1/2},2} \; = \; \压裂{-350 \; \ CDOT \; 1700} {71095 \; \ CDOT \; 2 \; \ CDOT \; 0.5} \; = \; - 8.37 \; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米} 2 \; <\; 20.78 \; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米}²\\ {\ mathrm \ tau蛋白} _ {\ VERT \ VERT,\ mathrm {1/2},3} \; = \; \压裂{-350 \; \ CDOT \ ; 1322} {71095 \; \ CDOT \; 2 \; \ CDOT \; 0.4} \; = \; - 8.13 \; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米} 2 \; <\; 20.78 \; \ mathrm {千牛} / \ mathrm {厘米} 2 \ {端阵列} $$

SHAPE薄

在SHAPE-THIN中,剪切应力(在角焊缝表面的平面内)平行于焊接轴τ ||可以在角焊缝上计算,并且可以设计阻力。建模时,焊缝必须连接到两个元素的边缘。这些元素之一也可以是虚拟元素。

在表1.6焊缝的H列连续元素中,您可以定义连续元素。没有计算这些元素的焊接应力。如果在H列中没有指定元素,则在焊接所连接的所有元件上确定焊接应力。这些元素可以从B列'元素编号'中获取。

图04显示了本文中描述的示例的焊接定义。

图04 - 表1.6焊缝

表5.1焊缝显示产生的应力τ||对于表1.6焊缝中定义的焊缝。图05显示了本文中描述的示例的焊接应力。

图05 - 表5.1焊缝

参考

[1] 欧洲法规3:钢结构设计 - 第1-8部分:接头设计 ; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[2] Petersen,C。(2013)。 Stahlbau ,(第4版)。威斯巴登:Springer Vieweg。

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