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

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

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

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

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.

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.

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)

6 |

S t r o n a

SPOINY PACHWINOWE PRZERYWANE

ELEMENTY SPAWANE ROZCIĄGANE
L

≤ min (16t; 16t

; 200mm)

ELEMENTY SPAWANE ŚCISKANE LUB ŚCINANE
L

≤ min (12t; 12t

; 0,25b; 200mm)

, L

– przerwy pomiędzy odcinkami spoin

– odcinek spoiny

– skrajny odcinek spoiny

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

L

≥ min (0,75b; 0,75b

)

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)

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

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)

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

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.

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

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

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

= a ∙ t

eff



Przyjmuje się, że obliczeniowy przekrój spoiny przechodzi przez jej grao

15 |

S t r o n a

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



– naprężenia normalne prostopadłe do płaszczyzny przekroju obliczeniowego

spoiny

– naprężenia normalne równoległe do osi podłużnej spoiny



–

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

–

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

16 |

S t r o n a

Nośnośd obliczeniowa spoiny jest wystarczająca, gdy spełnione są warunki:

𝜎



+ 3 ∙ 𝜏



+ 𝜏

≤

𝑓

𝑢

𝛽

𝑤

∙𝛾

𝑀 2

oraz 𝜎



≤

0,9∙𝑓

𝑢

𝛾

𝑀 2

(4.1)

gdzie:

–

nominalna wytrzymałośd na rozciąganie słabszej z łączonych części



– współczynnik korelacji według Tablicy 4.1 uwzględniający wyższe właściwości

mechaniczne materiału spoiny stosunku do materiału rodzimego



– częściowy współczynnik bezpieczeostwa,



= 1,25 lub według załącznika

krajowego



Naprężeo normalnych σ

równoległych do osi nie uwzględnia się przy sprawdzaniu

nośności spoiny



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

17 |

S t r o n a

Tablica 4.1: Współczynniki korelacji



dla spoin pachwinowych

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

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:

w,Ed

≤ F

w,Rd

(4.2)

gdzie:

w,Ed

–

wartośd obliczeniowa siły na jednostkę długości spoiny

w,Rd

–

nośnośd obliczeniowa spoiny na jednostkę długości

w,Rd

= f

vw,d

∙ a

(4.3)

gdzie:

vw,d

–

obliczeniowa wytrzymałośd spoiny na ścinanie

𝑓

𝑣𝑤 ,𝑑

𝑓

𝑢

3∙𝛽

𝑤

∙𝛾

𝑀 2

(4.4)

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:

–

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

lecz 0,6 ≤ 𝛽

𝐿𝑤 ,2

≤ 1,0

(4.10)

gdzie:

–

długośd spoiny w metrach

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).

21 |

S t r o n a

NOŚNOŚD OBLICZENIOWA SPOIN OTWOROWYCH

Nośnośd obliczeniowa spoin otworowych jest określona wzorem:

w,Rd

= f

vw,d

∙ A

(4.5)

gdzie:

vw,d

–

nośnośd obliczeniowa spoiny na ścinanie (4.4)

–

obliczeniowe pole przekroju spoiny przyjmowane jako pole powierzchni
otworu

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.

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

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.

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:

y,f

–

granica plastyczności pasa kształtownika

y,p

–

granica plastyczności przyspawanej blachy

u,p

–

wytrzymałośd na rozciąganie przyspawanej blachy

s = r

dla kształtowników walcowanych

s =

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.

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.

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.

28 |

S t r o n a

ZADANIE 1

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

= 190kN.

Dane: f

= 355 MPa, f

= 510 MPa, częściowy

współczynnik bezpieczeostwa



= 1,00.

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

= 355 MPa, f

= 510 MPa



= 1,00

30 |

S t r o n a

ZADANIE 3

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

= 400kN

Stal S235
f

= 235 MPa, f

= 360 MPa



= 1,25

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

= 360 MPa, f

= 235 MPa



= 1,25

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

= 5000kNcm i siła poprzeczna V

= 100kN. Dane: f

= 510 MPa,



= 1,25.

33 |

S t r o n a

ZADANIE 6

Sprawdzid nośnośd połączenia przedstawionego na rysunku obciążonego siłą V

=90kN.

Łączone elementy wykonane są ze stali S275.
Dane: f

= 430 MPa, f

= 275 MPa,



= 1,25.