Połączenia SPAWANE wg PN EN 1993 1 8 DLA STUDENTÓW

background image

POLITECHNIKA GDAOSKA
Wydział Inżynierii Lądowej i Środowiska
Katedra Konstrukcji Metalowych i Zarządzania w Budownictwie

PROJEKTOWANIE POŁĄCZEO SPAWANYCH
według PN-EN 1993-1-8

background image

2 |

S t r o n a

ZAŁOŻENIA

Postanowienia normy dotyczą stali konstrukcyjnych spawalnych przywołanych
w PN-EN 1993-1-1 (S235, S275, S355 i S460) i dotyczą sprawdzania nośności
połączeo pod obciążeniami przeważająco statycznymi

Norma odnosi się do elementów wykonanych z blach grubych, kształtowników
otwartych i zamkniętych walcowanych na gorąco jak też produkowanych na zimno
(okrągłych, kwadratowych i prostokątnych)

Reguły łączenia elementów z blach cienkich (gdy grubośd materiału jest mniejsza
niż 4mm z wyjątkiem przekrojów rurowych - 2,5mm) stosuje się PN-EN 1993-1-3

Norma

obejmuje

projektowanie

spoin

pachwinowych,

pachwinowych

obwodowych, czołowych (z pełnym lub niepełnym przetopem), otworowych
(w otworach krągłych i owalnych), szerokobruzdowych


background image

3 |

S t r o n a

Materiał spoiny musi mied właściwości mechaniczne (granicę plastyczności i
wytrzymałośd na rozciąganie, wydłużenie przy zerwaniu i minimalną pracę łamania
Charpy) co najmniej takie same jak materiał rodzimy – do spawania używa się
elektrod o wytrzymałości większej niż wytrzymałośd materiału rodzimego

Spoiny są wykonane na odpowiednim poziomie jakości (zazwyczaj jest wymagany
poziom C według PN-EN ISO 5817)

Obliczanie połączeo, w których występuje kilka odcinków spoin wymaga określenia
podziału obciążenia na poszczególne ich fragmenty. Podział obciążenia w
połączeniu może byd określany w dowolny racjonalny sposób przy zachowaniu
warunków równowagi i założeniu, że nośnośd każdego fragmentu połączenia jest
wystarczająca do przeniesienia wyznaczonych sił i momentów.



background image

4 |

S t r o n a




ZASADY OBLICZANIA POŁĄCZEO SPAWANYCH

przedstawione w PN-EN 1993-1-8 są bardziej ogólne
w porównaniu z normą PN-90/B-03200, gdzie
w większym stopniu podano gotowe schematy
obliczeniowe i gotowe do zastosowania wzory dotyczące
różnych typów połączeo spawanych.






background image

5 |

S t r o n a

SPOINY PACHWINOWE

Spoiny pachwinowe można stosowad do łączenia części, których ścianki tworzą kąt
od 60° do 120°

Kąty mniejsze niż 60° są dopuszczalne przy założeniu, że spoina będzie traktowana
jako czołowa z niepełnym przetopem

Przy kątach większych od 120° nośnośd spoin pachwinowych określa się za pomocą
badao

Spoiny pachwinowe na koocach blach lub ścianek przedłuża się w sposób ciągły
pełnym przekrojem poza naroże na długośd nie mniejszą od dwóch boków
przekroju spoiny, chyba że brak dostępu to uniemożliwia (przedłużone zakooczenia
pokazuje się na rysunkach)




background image

6 |

S t r o n a

SPOINY PACHWINOWE PRZERYWANE


ELEMENTY SPAWANE ROZCIĄGANE
L

1

≤ min (16t; 16t

1

; 200mm)


ELEMENTY SPAWANE ŚCISKANE LUB ŚCINANE
L

2

≤ min (12t; 12t

1

; 0,25b; 200mm)


L

1

, L

2

– przerwy pomiędzy odcinkami spoin

L

w

– odcinek spoiny

L

we

– skrajny odcinek spoiny


Skrajny odcinek spoiny wykonuje się
zawsze na każdym koocu łączonych części.

L

we

≥ min (0,75b; 0,75b

1

)


background image

7 |

S t r o n a

SPOINY PACHWINOWE OBWODOWE

Spoiny pachwinowe obwodowe (w tym spoiny pachwinowe otworowe) powinny
byd stosowane tylko jako ścinane lub do zapobiegania wybrzuszeniu i separacji
części zakładkowych

Średnica otworu okrągłego / szerokośd otworu owalnego dla spoiny obwodowej nie
powinna byd mniejsza od 4-krotnej grubości blachy z otworem

Rozstaw osiowy obwodowych spoin pachwinowych nie powinien przekraczad
wartości granicznej ze względu na lokalną utratę stateczności (Tablica 3.3. dot.
rozstawów łączników)




background image

8 |

S t r o n a

SPOINY CZOŁOWE

SPOINA CZOŁOWA Z PEŁNYM PRZETOPEM – spoina, która ma całkowity przetop
i jest wtopiona w materiał rodzimy na całej grubości złącza

SPOINA CZOŁOWA Z NIEPEŁNYM PRZETOPEM – spoina, która ma głębokośd
przetopu mniejszą od całkowitej grubości materiału rodzimego









background image

9 |

S t r o n a

SPOINY OTWOROWE

Spoiny otworowe (czopowe) mogą byd stosowane jako:
- ścinane
- w celu zapobiegania wybrzuszeniu lub separacji części zakładkowych
- jako złącza pośrednie części w elementach złożonych

Nie zaleca się ich stosowad do przenoszenia przyłożonego od zewnątrz rozciągania

Średnica otworu okrągłego lub szerokośd otworu owalnego dla spoiny otworowej
powinna byd co najmniej o 8mm większa niż grubośd blachy z otworem

Stosuje się okrągłe zakooczenie otworu owalnego albo inne z zaokrąglonymi
narożami przy promieniu nie mniejszym od grubości blachy z otworem

Gdy grubośd materiału t ≤ 16mm grubośd spoiny otworowej a = t,
dla t > 16mm grubośd spoiny a = ½ t i a ≥ 16mm

Rozstaw osiowy obwodowych spoin pachwinowych nie powinien przekraczad
wartości granicznej ze względu na lokalną utratę stateczności (Tablica 3.3. dot.
rozstawów łączników)

background image

10 |

S t r o n a

SPOINY SZEROKOBRUZDOWE

Obliczeniowa grubośd

spoin szerokobruzdowych „a”

przy prętach pełnych

łączonych do płaskich powierzchni

Obliczeniowa grubośd spoin

szerokobruzdowych między

kształtownikami rurowymi prostokątnymi

background image

11 |

S t r o n a



W normie PN-EN 1993-1-8 prawie całkowicie pominięto

ZAGADNIENIA KONSTRUKCYJNE I TECHNOLOGICZNE

oraz wynikające z nich ograniczenia w projektowaniu połączeo
spawanych. Nie wspomniano między innymi o granicznych
grubościach spoin pachwinowych, o zleceniach dotyczących
płynnej zmiany przekroju, o unikaniu krzyżowania się spoin itp.
Nie oznacza to, że po wprowadzeniu Eurokodów zalecenia te
zanikają.

W trosce o właściwe kształtowanie i technologiczność

projektowanych konstrukcji należy o nich pamiętać i ich
przestrzegać.

background image

12 |

S t r o n a

POŁĄCZENIA NA SPOINY PACHWINOWE

EFEKTYWNA GRUBOŚD SPOINY PACHWINOWEJ „a” przyjmowana jest jako
wysokośd największego trójkąta (z równymi lub nierównymi ramionami) jaki może
byd wpisany w obrys przekroju poprzecznego spoiny, mierzoną prostopadle do
zewnętrznego boku tego trójkąta. Grubośd spoiny pachwinowej nie powinna byd
mniejsza niż 3mm

Przy określaniu nośności obliczeniowej spoiny pachwinowej z głębokim przetopem
można uwzględniad dodatkową grubośd spoiny o ile wstępne badania wykażą, że
wymagana głębokośd wtopienia może byd regularnie uzyskiwana

background image

13 |

S t r o n a

EFEKTYWNA DŁUGOŚD SPOINY PACHWINOWEJ „l

eff

” przyjmuje się jako długośd, na

której spoina ma pełny przekrój. Można ją przyjmowad jako długośd całkowitą
spoiny zmniejszoną o dwie efektywne grubości „a”.

Redukcja długości efektywnej ze względu na początek i koniec nie jest wymagana
pod warunkiem, że spoina ma pełny przekrój na swojej długości łącznie z
początkiem i koocem.

Do przenoszenia obciążeo nie powinno się stosowad spoin pachwinowych o
długości efektywnej mniejszej niż 30mm ani też krótszych niż sześciokrotna grubośd
spoiny

NOŚNOŚD SPOIN PACHWINOWYCH sprawdza się stosując

METODĘ KIERUNKOWĄ

(wektorową) lub

METODĘ UPROSZCZONĄ



background image

14 |

S t r o n a

METODA KIERUNKOWA

jest metodą ogólną odwzorowującą najwierniej wytężenie spoin pachwinowych pod
wpływem obciążenia

Siły przenoszone przez spoinę o długości jednostkowej rozkłada się na składowe
równoległą i prostopadłe do osi podłużnej spoiny oraz składowe normalną i styczne
do płaszczyzny jej przekroju

Jako obliczeniowe pole przekroju spoiny przyjmuje się: A

w

= a ∙ t

eff

Przyjmuje się, że obliczeniowy przekrój spoiny przechodzi przez jej grao










background image

15 |

S t r o n a

Przyjmuje się równomierny rozkład naprężeo
w przekroju spoiny oraz składowe naprężenia
normalne i styczne:

σ

– naprężenia normalne prostopadłe do płaszczyzny przekroju obliczeniowego

spoiny

σ

II

– naprężenia normalne równoległe do osi podłużnej spoiny

τ

naprężenia styczne (w płaszczyźnie przekroju obliczeniowego spoiny)
prostopadłe do osi podłużnej spoiny

τ

II

naprężenia styczne (w płaszczyźnie przekroju obliczeniowego spoiny) równoległe
do osi podłużnej spoiny




background image

16 |

S t r o n a

Nośnośd obliczeniowa spoiny jest wystarczająca, gdy spełnione są warunki:

𝜎

2

+ 3 ∙ 𝜏

2

+ 𝜏

II

2

𝑓

𝑢

𝛽

𝑤

∙𝛾

𝑀 2

oraz 𝜎

0,9∙𝑓

𝑢

𝛾

𝑀 2

(4.1)

gdzie:

f

u

nominalna wytrzymałośd na rozciąganie słabszej z łączonych części

w

– współczynnik korelacji według Tablicy 4.1 uwzględniający wyższe właściwości

mechaniczne materiału spoiny stosunku do materiału rodzimego

M2

– częściowy współczynnik bezpieczeostwa,

M2

= 1,25 lub według załącznika

krajowego

Naprężeo normalnych σ

II

równoległych do osi nie uwzględnia się przy sprawdzaniu

nośności spoiny

Spoiny między częściami z materiału o różnej wytrzymałości oblicza się przyjmując
właściwości materiału słabszego








background image

17 |

S t r o n a



Tablica 4.1: Współczynniki korelacji

w

dla spoin pachwinowych

Według wzorów (4.1) można obliczad spoiny pachwinowe dowolnie zorientowane
względem działającego obciążenia.


background image

18 |

S t r o n a

METODA UPROSZCZONA

Nośnośd obliczeniowa spoiny pachwinowej jest odpowiednia, gdy w każdym punkcie na
jej długości wypadkowa wszystkich sił przenoszona przez jednostkę długości spoiny
spełnia warunek:

F

w,Ed

≤ F

w,Rd

(4.2)

gdzie:

F

w,Ed

wartośd obliczeniowa siły na jednostkę długości spoiny

F

w,Rd

nośnośd obliczeniowa spoiny na jednostkę długości

F

w,Rd

= f

vw,d

∙ a

(4.3)

gdzie:

f

vw,d

obliczeniowa wytrzymałośd spoiny na ścinanie

𝑓

𝑣𝑤 ,𝑑

=

𝑓

𝑢

3∙𝛽

𝑤

∙𝛾

𝑀 2

(4.4)



background image

19 |

S t r o n a

ZŁĄCZA DŁUGIE

W połączeniach zakładkowych ze spoinami podłużnymi o długości przekraczającej 150a
nie jest możliwe wyrównanie naprężeo na długości spoiny. Dlatego nośnośd
obliczeniową takich połączeo zmniejsza się stosując współczynnik redukcyjny:

𝛽

𝐿𝑤

= 𝛽

𝐿𝑤 ,1

= 1,2 −

0,2∙𝐿

𝑗

150𝑎

lecz 𝛽

𝐿𝑤 ,1

≤ 1,0

(4.9)

gdzie:

L

j

całkowita długośd zakładki w kierunku przekazywania siły

W przypadku spoin pachwinowych dłuższych niż 1,7m łączących żebra poprzeczne
w elementach spawanych z blach, przyjmuje się współczynnik redukcyjny:

𝛽

𝐿𝑤

= 𝛽

𝐿𝑤 ,2

= 1,1 −

𝐿

𝑤

17

lecz 0,6 ≤ 𝛽

𝐿𝑤 ,2

≤ 1,0

(4.10)

gdzie:

L

w

długośd spoiny w metrach

background image

20 |

S t r o n a





Podane warunki nie mają zastosowania, gdy rozkład
naprężeo wzdłuż spoiny odpowiada rozkładowi naprężeo
w przyległym materiale rodzimym (jak w przypadku
spoiny łączącej pas ze środnikiem w dźwigarze
spawanym).

background image

21 |

S t r o n a


NOŚNOŚD OBLICZENIOWA SPOIN OTWOROWYCH

Nośnośd obliczeniowa spoin otworowych jest określona wzorem:

F

w,Rd

= f

vw,d

∙ A

w

(4.5)

gdzie:

f

vw,d

nośnośd obliczeniowa spoiny na ścinanie (4.4)

A

w

obliczeniowe pole przekroju spoiny przyjmowane jako pole powierzchni
otworu

background image

22 |

S t r o n a


KĄTOWNIKI POŁĄCZONE JEDNYM RAMIENIEM

Kątowniki połączone jednym ramieniem można traktowad jako osiowo obciążone,
przyjmując efektywne pole przekroju

W kątownikach równoramiennych i nierównoramiennych połączonych szerszym
ramieniem, efektywne pole przekroju można przyjmowad polu przekroju brutto

W przypadku kątowników nierównoramiennych połączonych ramieniem węższym,
efektywne pole przekroju przyjmuje się równe polu przekroju brutto zastępczego
kątownika równoramiennego o szerokości ramion równej ramieniu węższemu.

background image

23 |

S t r o n a

SPAWANIE W POBLIŻU STREF ZGNIOTU

Spawanie może byd wykonane w strefach o szerokości 5t po
obu stronach strefy gięcia na zimno pod warunkiem
spełnienia jednego z poniższych warunków:

Strefa zgniotu na zimno została znormalizowana po
odkształceniu i przed spawaniem

Stosunek r/t spełnia warunki podane w Tablicy 4.2

background image

24 |

S t r o n a

POŁĄCZENIA NIEUŻEBROWANE

W przypadku spawanego styku poprzecznej blachy (lub pasa belki) z nieużebrowanym
pasem słupa, ze względu na odkształcalnośd pasa słupa stosuje się redukcję szerokości
pasa belki lub blachy do wartości współpracującej b

eff

.

Spoiny powinny byd projektowane na pełną nośnośd obliczeniową blachy.


background image

25 |

S t r o n a

Dla nieużebrowanych kształtowników:

𝑏

𝑒𝑓𝑓

= 𝑡

𝑤

+ 2𝑠 + 7𝑘 ∙ 𝑡

𝑓

(4.6a)

𝑘 =

𝑡

𝑓

∙𝑓

𝑦 ,𝑓

𝑡

𝑝

∙𝑓

𝑦 ,𝑝

lecz k ≤ 1,0

(4.6b)

gdzie:

f

y,f

granica plastyczności pasa kształtownika

f

y,p

granica plastyczności przyspawanej blachy

f

u,p

wytrzymałośd na rozciąganie przyspawanej blachy

s = r

dla kształtowników walcowanych

s =

2a

dla elementów spawanych

Jeżeli obliczona wartośd b

eff

spełnia warunek to w połączeniu nie trzeba stosowad żeber:

𝑏

𝑒𝑓𝑓 ≥

𝑓

𝑦 ,𝑝

𝑓

𝑢 ,𝑝

∙ 𝑏

𝑝

(4.7)

W przeciwnym przypadku węzeł należy usztywnid.

background image

26 |

S t r o n a

POŁĄCZENIA NA SPOINY CZOŁOWE

NOŚNOŚD SPOINY CZOŁOWEJ Z PEŁNYM PRZETOPEM przyjmuje się równą nośności
obliczeniowej słabszej z łączonych części pod warunkiem, że spoina będzie wykonana
z odpowiedniego materiału (o właściwościach nie gorszych od właściwości materiału
rodzimego).

Ponieważ sprawdzanie nośności połączeo jest zwykle poprzedzane wymiarowaniem
elementów, norma PN-EN 1993-1-8 nie wymaga osobnego sprawdzania
wytrzymałościowego spoin czołowych o pełnym przetopie.

SPOINY CZOŁOWE Z NIEPEŁNYM PRZETOPEM oblicza się jak spoiny pachwinowe z
głębokim przetopem, odpowiednio określając ich grubośd.

background image

27 |

S t r o n a

ZŁĄCZA TEOWE NA SPOINY CZOŁOWE


NOŚNOŚD OBLICZENIOWĄ CZOŁOWEGO ZŁĄCZA TEOWEGO

z dwiema spoinami czołowymi z niepełnym przetopem
i nadbudowanymi spoinami pachwinowymi można wyznaczyd jak
dla spoin czołowych z pełnym przetopem gdy:

Całkowita nominalna grubośd spoiny jest nie mniejsza niż
grubośd „t” środnika złącza teowego: a

nom,1

+ a

nom,2

≥ t

Szerokośd niezespawanej szczeliny c

nom

≤ min (t/5 ; 3mm)


Nośnośd złącz teowych, które nie spełniają powyższych wymagao wyznacza się zależnie
od głębokości przetopu jak w przypadku spoin pachwinowych zwykłych lub z głębokim
przetopem. Grubośd spoiny określa się odpowiednio zgodnie z zaleceniami dla spoin
pachwinowych lub dla spoin czołowych z niepełnym przetopem.

background image

28 |

S t r o n a

ZADANIE 1

Sprawdzid warunek wytrzymałości połączenia
czołowego płaskownika ze stali S355
rozciąganego osiowo siłą F

Ed

= 190kN.

Dane: f

y

= 355 MPa, f

u

= 510 MPa, częściowy

współczynnik bezpieczeostwa

M0

= 1,00.

background image

29 |

S t r o n a

ZADANIE 2

Obliczyd maksymalną wartośd
siły rozciągającej, jaką może
przenieśd spawane
połączenie doczołowe
przedstawione na rysunku.
Dane:
f

y

= 355 MPa, f

u

= 510 MPa

M0

= 1,00

background image

30 |

S t r o n a

ZADANIE 3

Zaprojektowad spoiny
pachwinowe w połączeniu
pomiędzy płaskownikiem a
blachą węzłową
przedstawionym na rysunku.
Dane:
F

Ed

= 400kN

Stal S235
f

y

= 235 MPa, f

u

= 360 MPa

M2

= 1,25

background image

31 |

S t r o n a

ZADANIE 4

Sprawdzid nośnośd spoin pachwinowych łączących blachę węzłową ze słupem w złączu
teowym przedstawionym na rysunku.
Dane:
F

Ed,H

= 100kN, F

Ed,V

= 50kN

Stal S235: f

u

= 360 MPa, f

y

= 235 MPa

M2

= 1,25

background image

32 |

S t r o n a

ZADANIE 5

Sprawdzid warunek wytrzymałości spoin pachwinowych użebrowanego połączenia
wspornika ze słupem wykonanych ze stali S355. W połączeniu działa moment zginający
M

Ed

= 5000kNcm i siła poprzeczna V

Ed

= 100kN. Dane: f

u

= 510 MPa,

M2

= 1,25.

background image

33 |

S t r o n a

ZADANIE 6

Sprawdzid nośnośd połączenia przedstawionego na rysunku obciążonego siłą V

Ed

=90kN.

Łączone elementy wykonane są ze stali S275.
Dane: f

u

= 430 MPa, f

y

= 275 MPa,

M2

= 1,25.


Wyszukiwarka

Podobne podstrony:
A Biegus projektowanie konctrukcji stalowych wg PN EN 1993 1 1 cz 1
A Biegus projektowanie konctrukcji stalowych wg PN EN 1993 1 1 cz 1
KOMBINACJE OBCIĄŻEŃ wg PN-EN dla Studentów
PN EN 1993 1 1 Projektowanie konstrukcji stalowych Reguły ogólne i reguły dla budynków
Proj zakladkowych poł srubowych wg PN EN (2)
instrukcja bad makro wg pn en iso
Oznaczenia na rysunkach wg PN EN 12792 rozprowadzenie powietrza
Wymiary przewodow wentylacyjnych wg PN-EN 1505-6, Pomoce naukowe, Wentylacja i klimatyzacja
PN EN 1993 1 9 ZMECZ
PN EN 1993 1 1 2006
KBiI 5 Zalozenia obliczania na napreznia normalne wg PN EN
Spis norm PN EN 1993 20091030, Eurokody, EN 1993 konstrukcje stalowe
Beton wg PN EN 206 1
KBiI 8 Metoda uproszczona wg PN EN
Errata Konstrukcje stalowe. Przykłady obliczeń według PN-EN 1993-1. Cz. 1
PN EN 1993 1 8 2006 AP2 2011
PN EN 1993 1 11 2008 ERRATA

więcej podobnych podstron