角焊缝的设计符合EN 1993-1-8

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钢筋混凝土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] ,角接缝用于连接结构件,其中熔合面的角度在60°和120°之间。

角焊缝的有效喉部厚度a通常假定为三角轴的高度(等腰或者不是等腰),直到理论上的根部为止,见图01。

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

角焊缝的极限状态

根据1993-1-8 [1] ,角焊缝的极限状态通常由定向法或简化法确定。 下面讲,方向相关的方法如下所示。

假设施加的应力在焊缝截面上均匀分布,产生下列正应力和#1应力,如图02所示:

  • σ⊥垂直于焊缝的法向应力
  • σ ||法向应力与焊缝平行
  • τ⊥垂直于焊缝轴的剪应力(在角焊缝平面上)
  • τ ||剪切应力(在角焊缝平面)与焊缝平行

图片 02 - Weld Stresses on Throat Section of Fillet Weld

确定角焊缝的阻力时,法向应力σ||被忽略的与焊缝平行。

如果满足下列条件,角焊缝的极限状态就足够了:

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

在哪里
˚Fu的连接结构部件的弱的抗张强度,
βw 相关系数(见表3-1),
γM2是焊缝阻力的分项安全系数。

示例

[2]中设计图03所示梁的角焊缝。

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

图片 03 - Beam

重心

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

惯性矩
转动惯量与质心轴有关:

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

静力矩
计算截面➀,➁,和➂连接的截面零件的结构弯矩:
S y,1 = A 1 ∙(z S,1 - z S )= 91.48∙(43.72 - 30.88)=1,175cm³
S y,2 = S y,1 + A 2 ∙(z S,2 - z S )= 1175 + 40.00∙(44.00 - 30.88)=1700cm³
S y,3 = A 3 ∙(z S - z S,3 )= 45.00∙(30.88-1.50)=1322cm³

设计焊缝

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

SHAPE-THIN
在SHAPE-THIN中可以指定平行于焊缝坐标轴τ ||的剪切应力(在角焊缝平面上)在角焊缝处确定了极限状态。 在建模时请注意焊缝必须与两个边的边连接。 这些元素中的一个也可以表示为空元素。

在表1.6焊缝的H“连续单元”栏中可以定义连续单元。 没有计算焊接应力。 如果在H列中没有指定单元,焊缝应力就会定义在与焊缝连接的所有单元上。 这些单元可以归入B列“单元编号”。摘录自。

对于本例中描述的示例,图04显示了焊缝的定义。

图片 04 - Table 1.6 Welds

表5.1焊缝螺纹显示应力τ ||对于表1.6焊缝中定义的焊缝。 在图05中显示的是焊接应力,

图片 05 - Table 5.1 Welds

使用的文献材料

[1] 欧洲规范3: 钢结构设计 - 第1-8部分: 连接设计; EN 1993-1-8:2005 + AC:2009
[2] Petersen顾问: 钢结构,4。 版本 威斯巴登: Springer Vieweg,2013

关键词

角焊缝, 焊缝, 焊缝应力, 焊缝设计, 变形检查

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