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Sonja von Bloh，硕士

2017-08-17

角焊缝的设计符合EN 1993-1-8

角焊缝是钢结构建筑中最常见的焊缝类型。 Gemäß EN 1993-1-8, 4.3.2.1 (1) [1] dürfen Kehlnähte für die Verbindung von Bauteilen verwendet werden, wenn die Flanken einen Öffnungswinkel von 60° bis 120° bilden.

角焊缝的有效焊缝厚度a a应为与熔接面和焊缝面内可接的最大三角形的高度，该三角形垂直于该三角形的外侧进行测量。见图01。

对于不同的熔深，角焊缝厚度a。角焊缝厚度a基本熔透b

角焊缝的设计承载力

根据 1993-1-8 [1] ，角焊缝的设计承载力通常使用方向法或简化法来确定。方向法的内容如下。

假设焊缝截面处应力均匀，得出如图02所示的正应力和剪应力，如下：

_σ⊥垂直于焊缝轴的正应力
σ_||平行于焊缝轴的正应力
垂直于焊缝轴的剪应力_τ角（在角焊缝表面）
τ_||平行于焊缝轴的剪应力（在角焊缝平面上）

角焊缝焊缝截面的焊缝应力

正应力σ_||在验证角焊缝的设计承载力时不考虑与轴平行的方向。

如果满足以下条件，则角焊缝的设计承载力足够：

\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}

公式 1

值:
f_u是连接的较弱部分的名义最终拉应力，
_βw是合适的相关系数（见EN 1993‑1‑8，表格4.1）
_γM2是焊缝承载力的分项系数。

示例

图[2]中图03中所示的梁的角焊缝设计。

材料: S235，f_u = 36.0 kN/cm²，_βw = 0.8
内力： V_z = 350 kN

梁

重心

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

公式 2

惯性矩
关于重心，惯性矩为：

\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}

公式 3

静矩
关于重心，连接截面的静矩通过焊缝 ➀、➁ 和 ➂ 计算：
S_y，1 = A₁ ∙（z_S，1 -z_S ）= 91.48∙（43.72- 30.88）= 1,175cm³
S_y，2 = S_y，1 + A₂ ∙（z_S，2 -z_S ）= 1175 + 40.00∙（44.00 -30.88）= 1,700cm³
S_y，3 = A₃ ∙（z_S -z_S，3 ）= 45.00∙（30.88- 1.50）= 1,322cm³

Weld design

\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}

公式 4

SHAPE-THIN
在SHAPE-THIN中，平行于焊缝轴τ_||的剪应力（在角焊缝平面上）可以对角焊缝进行计算，并且可以计算承载力。建模时，焊缝必须连接两个单元的边缘。这些单元中的一个也可以是虚拟单元。

在表1.6焊缝的H列“连续单元”中，可以定义连续单元。没有为这些单元计算焊缝应力。如果在H列中没有定义单元，那么对所有与焊缝连接的单元求应力。这些单元可以从B列“单元编号”中获取。

图04中显示了该示例示例的焊缝定义。

表1.6焊缝

表5.1焊缝显示了应力T_||| 。用于在表1.6焊缝中定义的焊缝。图05中的缝焊缝应力是本文中介绍的计算示例。

表5.1焊缝应力

使用的文献材料

[1]	欧洲规范3：钢结构设计 -第1-8部分：节点设计EN 1993‑1‑8：2005 + AC：2009
[2]	Petersen，C。（1982）。 Stahlbau，4th ed。）。威斯巴登： Springer Vieweg，2013

作者

von Bloh 女士为我们的客户提供技术支持，负责 SHAPE-THIN 软件的开发，以及钢结构和铝合金结构的开发。

链接

截面属性计算软件

参考

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

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