Konstrukcjre metalowe Wykład X Połączenia spawane (część II)

Podobne dokumenty
1. Połączenia spawane

Konstrukcje metalowe Wykład VI Stateczność

Konstrukcje metalowe Wykład IV Klasy przekroju

Konstrukcje metalowe Wykład XVII Belki (część II)

KONSTRUKCJE METALOWE

PROJEKTOWANIE POŁĄCZEO SPAWANYCH według PN-EN

Freedom Tower NY (na miejscu WTC)

POŁĄCZENIA ŚRUBOWE I SPAWANE Dane wstępne: Stal S235: f y := 215MPa, f u := 360MPa, E:= 210GPa, G:=

Dane. Biuro Inwestor Nazwa projektu Projektował Sprawdził. Pręt - blacha węzłowa. Wytężenie: TrussBar v

KONSTRUKCJE METALOWE

Przykłady obliczeń belek i słupów złożonych z zastosowaniem łączników mechanicznych wg PN-EN-1995

Węzeł nr 28 - Połączenie zakładkowe dwóch belek

Konstrukcje metalowe Wykład XIX Słupy (część II)

Zadanie 1 Zadanie 2 tylko Zadanie 3

Dane. Belka - belka (blacha czołowa) Wytężenie: BeamsRigid v PN-90/B-03200

Moduł. Profile stalowe

Konstrukcje metalowe Wykład XIII Styki spawane i śrubowe (część II)

Belka-blacha-podciąg EN :2006

Nośność belek z uwzględnieniem niestateczności ich środników

Konstrukcje metalowe Wykład XVI Belki (część I)

Przykład: Oparcie kratownicy

Belka - podciąg EN :2006

Konstrukcje metalowe Wykład XIII Kratownice

Belka - słup (blacha czołowa) PN-90/B-03200

Wytrzymałość Materiałów

Dane. Klasa f d R e R m St3S [MPa] [MPa] [MPa] Materiał

KONSTRUKCJE METALOWE ĆWICZENIA POŁĄCZENIA ŚRUBOWE POŁĄCZENIA ŚRUBOWE ASORTYMENT ŁĄCZNIKÓW MATERIAŁY DYDAKTYCZNE 1

PROJEKTOWANIE KONSTRUKCJI STALOWYCH WEDŁUG EUROKODÓW.

Wymiarowanie słupów wielogałęziowych wg PN-EN-1995

Projektowanie i obliczanie połączeń i węzłów konstrukcji stalowych. Tom 1

262 Połączenia na łączniki mechaniczne Projektowanie połączeń sztywnych uproszczoną metodą składnikową

Konstrukcje metalowe II Wykład IV Estakady podsuwnicowe Belki

OPIS TECHNICZNY. 1.2 Podstawa opracowania. Podstawą formalną niniejszego opracowania są normy :

Dr inż. Janusz Dębiński

Przykład obliczeń głównego układu nośnego hali - Rozwiązania alternatywne. Opracował dr inż. Rafał Tews

Wartości graniczne ε w EC3 takie same jak PN gdyŝ. wg PN-90/B ε PN = (215/f d ) 0.5. wg PN-EN 1993 ε EN = (235/f y ) 0.5

Moduł. Zakotwienia słupów stalowych

1. Projekt techniczny żebra

Konstrukcje metalowe II Wykład V Estakady podsuwnicowe Belki, słupy, stężenia

Przykład: Połączenie śrubowe rozciąganego pręta stęŝenia z kątownika do blachy węzłowej

Konstrukcje metalowe Wykład XI Styki spawane i śrubowe (część I)

Spis treści Rodzaje stężeń #t / 3 Przykład 1 #t / 42 Przykład 2 #t / 47 Przykład 3 #t / 49 Przykład 4 #t / 58 Przykład 5 #t / 60 Wnioski #t / 63

Dokumentacja połączenia Połączenie_1

Widok ogólny podział na elementy skończone

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2014/15

Spis treści. Przedmowa 7. Piśmiennictwo 8

POZ BRUK Sp. z o.o. S.K.A Rokietnica, Sobota, ul. Poznańska 43 INFORMATOR OBLICZENIOWY

Projekt mostu kratownicowego stalowego Jazda taboru - dołem Schemat

Belka - słup (blacha czołowa) EC : 2006

Wytrzymałość drewna klasy C 20 f m,k, 20,0 MPa na zginanie f v,k, 2,2 MPa na ścinanie f c,k, 2,3 MPa na ściskanie

1. Projekt techniczny Podciągu

PROJEKT STROPU BELKOWEGO

1. Obliczenia sił wewnętrznych w słupach (obliczenia wykonane zostały uproszczoną metodą ognisk)

Konstrukcje metalowe Wykład III Geometria przekroju

Sprawdzenie nosności słupa w schematach A1 i A2 - uwzględnienie oddziaływania pasa dolnego dźwigara kratowego.

Obliczeniowa nośność przekroju obciążonego siłą rozciągającą w przypadku elementów spawanych, połączonych symetrycznie w węzłach końcowych

Przykład obliczeniowy wyznaczenia imperfekcji globalnych, lokalnych i efektów II rzędu P3 1

Wymiarowanie kratownicy

Spis treści. Przedmowa... Podstawowe oznaczenia Charakterystyka ogólna dźwignic i torów jezdnych... 1

Projekt: Data: Pozycja: EJ 3,14² , = 43439,93 kn 2,667² = 2333,09 kn 5,134² EJ 3,14² ,0 3,14² ,7

Projektowanie konstrukcji stalowych według Eurokodów / Jan Bródka, Mirosław Broniewicz. [Rzeszów], cop Spis treści

Spis treści: Oznaczenia Wstęp Metale w budownictwie Procesy wytwarzania stali Podstawowe pojęcia Proces wielkopiecowy Proces konwertorowy i

Przykład 4.1. Ściag stalowy. L200x100x cm 10 cm I120. Obliczyć dopuszczalną siłę P rozciagającą ściąg stalowy o przekroju pokazanym na poniższym

Pręt nr 1 - Element żelbetowy wg. PN-B-03264

XXIII OLIMPIADA WIEDZY I UMIEJĘTNOŚCI BUDOWLANYCH 2010 ELIMINACJE OKRĘGOWE Godło nr PYTANIA I ZADANIA

Pytania przygotowujące do egzaminu z Wytrzymałości Materiałów sem. I studia niestacjonarne, rok ak. 2015/16

Projektowanie konstrukcji stalowych. Cz. 2, Belki, płatwie, węzły i połączenia, ramy, łożyska / Jan Żmuda. Warszawa, cop

Projekt belki zespolonej

Zestawić siły wewnętrzne kombinacji SGN dla wszystkich kombinacji w tabeli:

Pręt nr 0 - Element drewniany wg PN-EN 1995:2010

PROJEKT STOPY FUNDAMENTOWEJ

WYKŁAD 3 OBLICZANIE I SPRAWDZANIE NOŚNOŚCI NIEZBROJONYCH ŚCIAN MUROWYCH OBCIĄŻNYCH PIONOWO

Tok postępowania przy projektowaniu fundamentu bezpośredniego obciążonego mimośrodowo wg wytycznych PN-EN Eurokod 7

Moduł. Połączenia doczołowe

Obliczenia statyczne. 1.Zestaw obciążeń/

ĆWICZENIE 7 Wykresy sił przekrojowych w ustrojach złożonych USTROJE ZŁOŻONE. A) o trzech reakcjach podporowych N=3

Informacje uzupełniające: Projektowanie kalenicowego styku montaŝowego rygla w ramie portalowej SN042a-PL-EU. 1. Model obliczeniowy 2. 2.

ĆWICZENIE PROJEKTOWE NR 2 Z KONSTRUKCJI STALOWYCH

Projekt techniczny niektórych rozwiązań w budynku wielokondygnacyjnym

Rys. 32. Widok perspektywiczny budynku z pokazaniem rozmieszczenia kratownic

PROJEKT NR 1 METODA PRZEMIESZCZEŃ

7.0. Fundament pod słupami od stropu nad piwnicą. Rzut fundamentu. Wymiary:

Pręt nr 0 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

OBLICZENIA STATYCZNO - WYTRZYMAŁOŚCIOWE

Kolokwium z mechaniki gruntów

- 1 - OBLICZENIA WYTRZYMAŁOŚCIOWE KONSTRUKCJI MUROWYCH. Autor: mgr inż. Jan Kowalski Tytuł: Obliczenia ścian murowanych. Poz.2.2.

Pręt nr 4 - Element żelbetowy wg PN-EN :2004

2.1. Wyznaczenie nośności obliczeniowej przekroju przy jednokierunkowym zginaniu

τ R2 := 0.32MPa τ b1_max := 3.75MPa E b1 := 30.0GPa τ b2_max := 4.43MPa E b2 := 34.6GPa

Przykład 4.2. Sprawdzenie naprężeń normalnych

Spis treści STEEL STRUCTURE DESIGNERS... 4

700 [kg/m 3 ] * 0,012 [m] = 8,4. Suma (g): 0,138 Ze względu na ciężar wykończenia obciążenie stałe powiększono o 1%:

6.3. Słupy. O Przykład 4 7W ////, Przykłady obliczeń. Słupy A. Wymiarowanie trzonu słupa. gdzie: pole przekroju wszystkich spoin,

Zestaw pytań z konstrukcji i mechaniki

ANALIZA STATYCZNA i WYMIAROWANIE KONSTRUKCJI RAMY

Rzut z góry na strop 1

Rys.1 a) Suwnica podwieszana, b) Wciągnik jednoszynowy 2)

Obciążenia poziome Obciążenia statyczne i dynamiczne Obciążenia od maszyn, urządzeń składowych

Dotyczy PN-EN :2006 Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych Część 1-8: Projektowanie węzłów

Transkrypt:

Konstrukcjre metalowe Wykład X Połączenia spawane (część II)

Spis treści Metody obliczeń #t / 3 Przykład 1 #t / 11 Przykład 2 #t / 22 Przykład 3 #t / 25 Przykład 4 #t / 47 Przykład 5 #t / 56 Przykład 6 #t / 65 Przykład 7 #t / 74 Przykład 8 #t / 82 Przykład 9 #t / 83 Interakcje #t / 87 Wymagania dodatkowe #t / 88 Zagadnienia egzaminacyjne #t / 91

Metody obliczeń Rodzaje spoin ( #8 / 20) Spoiny Pachwinowe Czołowe Otworowe Szerokobruzdowe Zwykłe Przerywane Obwodowe Z pełnym przetopem Z niepełnym przetopem Każdy rodzaj obciążenia Tylko ścinanie Każdy rodzaj obciążenia Tylko ścinanie Obliczanie: jak pachwinowe Obliczanie: jak czołowe Obliczanie: jak pachwinowe Obliczanie: jak otworowe Obliczanie: jak pachwinowe

Spoiny pachwinowe z pełnym przetopem

Spoiny pachwinowe z pełnym przetopem Spełnienie wszystkich wymagań technicznych + wystarczająca nośność elementu słabszego nie sprawdza się nośności spoin czołowych z pełnym przetopem.

Spoiny pachwinowe, metoda kierunkowa Rys: Autor [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] f u / (β w γ M2 ) i f u2 a τ τ σ 0,9f u / γ M2 EN 1993-1-8 (4.1) σ f u = min ( f u1 ; f u2 ) γ M2 = 1,25 f u1 steel S 235 S 275 S 355 S 420 S 460 β w 0,80 0,85 0,90 1,00 EN 1993-1-8 tab 4.1

Spoiny pachwinowe, metoda kierunkowa Geometria spoin: A J y J z A Vy A Vz J 0 Obciążenia (siły przekrojowe): N Ed M y, Ed M z, Ed V y, Ed V z, Ed M T, Ed σ = ± N Ed / A ± M y, Ed z / J y ± M z, Ed y / J z τ (1, 2) = ± τ (V y, Ed / A Vy, V z, Ed / A Vz, M T, Ed / J 0 ) σ = σ / 2 τ = σ / 2 + τ 1 (zazwyczaj τ 1 = 0) τ = τ 2 (zazwyczaj τ 2 = τ)

Spoiny pachwinowe, metoda uproszczona Geometria spoin: A J y J z A Vy A Vz J 0 Obciążenia (siły przekrojowe): N Ed M y, Ed M z, Ed V y, Ed V z, Ed M T, Ed F w, Ed = (σ + τ + τ ) a F w, Rd = f u 3 a / (β w γ M2 ) F w, Ed F w, Rd

Geometria spoin: charakterystyki geometryczne (A J y J z A Vy A Vz J 0 ) = kład spoiny na płaszczyznę równoległą lub prostopadła do obciążenia. Rys: Autor

#8 / 25 Geometria spoin pachwinowych a 3 mm l min = max( 6a; 30 mm) 0,2 t 2 a 0,7 t 1 t 2 t 1 (PN-B 3200) 150 a l (EN 1993-1-8)

Przykład 1 Spoiny pachwinowe Spoiny między przykładkami i środnikiem oraz między żebrem poprzecznym a środnikiem i półkami Rys: Autor

Geometria spoin (po lewej przykładki-środnik, po prawej żeberko-środnik/pólki) i obciążenia Rys: Autor

S235 F H = 154,6 kn F V = 201,7 kn M = 34,1 knm A = 2 4 (160 + 480 + 160) = 6 400 mm 2 J x = 2 [ 4 480 3 / 12 + 2 4 160 (80+2) 2 ] = = 90 941 440 mm 4 J z = 2 [2 4 160 3 / 12 + 2 4 160 (129,2-80) 2 + + 2 4 480 (80 + 2-30,8) 2 ] = 28 060 535 mm 4 J o J x + J z = 119 001 975 mm 4 Rys: Autor

Najczęściej stosuje się jeden z trzech sposobów przeliczenia sił F H + F V na naprężenie ścinające τ: a) Obie siły dają tylko naprężenie τ (równoległe w każdym punkcie do osi spoiny); b) F H daje naprężenie poziome τ; F V daje naprężenie pionowe τ; w zależności od punktu są one równoległe lub prostopadłe do osi spoiny; c) F H działa tylko na poziome odcinki spoin, dając w nich naprężenie τ ; F V działa tylko na pionowe odcinki spoin, dając w nich naprężenie τ ;

Przykład 1a τ = (F H + F V ) / A = 55,672 MPa τ Μ = M r / J o r max = [(480+4) 2 + (129,2) 2 ] = 500,9 mm τ Mmax = M r max / J o = 143,533 MPa α = 15 o Rys: Autor

τ F = τ = 55,672 MPa τ M = τ Mmax cos α = 138,642 MPa τ M = τ Mmax sin α = 37,149 MPa σ = 0,000 MPa τ = τ M + τ F = 194,314 MPa τ = τ M = 37,149 MPa f u / (β w γ M2 ) = 360 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 342,657 MPa < 360 MPa C Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 1b A = 6 400 mm 2 J o = 119 001 975 mm 4 τ Η = F H / A = 24,156 MPa τ V = F V / A = 31,516 MPa τ Mmax = M r max / J o = 143,533 MPa Rys: Autor

τ F = τ Η = 24,156 MPa τ F = τ V = 31,516 MPa τ M = τ Mmax cos α = 138,642 MPa τ M = τ Mmax sin α = 37,149 MPa τ = τ M + τ F = 162,798 MPa τ = τ F + τ M = 68,665 MPa σ = 0,000 MPa f u / (β w γ M2 ) = 360 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 306,030 < 360 MPa C Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 1c A H = 2 4 (160 + 160) = 2 560 mm 2 A V = 2 4 480 = 3 840 mm 2 A = A H + A V = 6 400 mm 2 J o = 119 001 975 mm 4 τ Η1 = F H / A H = 60,390 MPa τ V1 = 0 / A V = 0,000 MPa τ M1 = M r 1 / J o = 143,533 MPa Rys: Autor τ Η2 = 0 / A H = 0,000 MPa τ V2 = F V / A V = 52,526 MPa τ M2 = M r 2 / J o = 138,971 MPa

W punkcie 1 τ 1 = τ Η1 + τ M1 cos α = 199,032 MPa τ 1 = τ V1 + τ M1 sin α = 37,149 MPa Warunek 1: [(σ 1 ) 2 + 3(τ 1 2 + τ 12 )] = 350,670 MPa < 360 MPa C Warunek 2: σ 1 = 0,000 MPa < 259,200 MPaC W punkcie 2 τ 2 = τ Η2 + τ M2 cos α = 191,223 MPa τ 2 = τ V2 + τ M2 sin α = 8,726 MPa Warunek 1: [(σ 2 ) 2 + 3(τ 2 2 + τ 22 )] = 331,553 MPa < 360 MPa C Warunek 2: σ 2 = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Wnioski Warunek 1a 1b 1c [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 0,952 0,850 0,921 σ / (0,9f u / γ M2 ) 0,000 0,000 0,000 Wytężenie spoin jest bardzo podobne we wszystkich trzech metodach. Nie ma istotnego znaczenia, która metodę wybierzemy.

Przykład 2 Spoiny pachwinowe Spoiny między blachą węzłową a słupem / ryglem Rys: Autor

S235 F = 161,5 kn α = 5 o e = (46 + 60 )/ 2 = 53 mm M = F e = 8,398 knm F y = F cos α = 160,885 kn F z = F sin α = 14,076 kn Rys: Autor A = 2 5 300 = 3 000 mm 2 A V = A W z = 2 5 300 2 / 6 = 150 000 mm 3

σ max = F z / A + M / W z = 4,692 MPa + 55,987 MPa = 58,320 MPa τ = F y / A V = 53,628 MPa σ = σ max / 2 = 37,703 MPa τ = σ max / 2 = 37,703 MPa τ = τ = 53,628 MPa f u / (β w γ M2 ) = 360 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 119,641 MPa < 360,000 MPa C Warunek 2: σ = 37,703 MPa < 259,200 MPa C

Przykład 3 Spoiny pachwinowe Spoiny między blachą czołową a ryglem, blachą stopową a słupem, ryglem i słupem Rys: Autor

Tą sytuację rozpatrzono w czterech przypadkach: a) Metoda tradycyjna; grubość spoin zgodnie z #t / 10 b) Zgodnie z EN 1993-1-8 p.4.10.(5) c) Połączenie belka słup bez żeber usztywniających środnik słupa metodą tradycyjną d) Połączenie jak wyżej zgodnie z EN 1993-1-8 p.4.10.(5)

Przykład 3a S235 A = 2 6 380 + 2 10 190 = 8 360 mm 2 A V = 2 6 380 = 4 560 mm 2 J y = 2 6 380 3 / 12 + 2 10 190 (190 + 35 + 5) 2 = = 255 892 000 mm 3 Rys: Autor

Rys: Autor Przeliczenie z osi rygla do płaszczyzny spoiny: α = 5 o M Ed = 247,1 knm N Ed = 213,0 kn V Ed = 68,5 kn M = M Ed = 247,1 knm F x = N Ed cos α + V Ed sin α = 218,169 kn F z = - N Ed sin α + V Ed cos α = 49,675 kn

Wykresy naprężeń Rys: Autor

σ (F x1 ) = σ (F x2 ) = F x / A = 26,097 MPa σ (M 1 ) = M z 1 / J y σ (M 2 ) = M z 2 / J y z 1 = 235 mm z 2 = 190 mm σ (M 1 ) = 226,952 MPa σ (M 2 ) = 183,493 MPa τ (F z1 ) = 0,000 MPa τ (F z2 ) = 10,893 MPa

σ 1 = σ (F x1 ) + σ (M 1 ) = 253,049 MPa σ 2 = σ (F x2 ) + σ (M 2 ) = 209,590 MPa τ 1 = τ (F z1 ) = 0,000 MPa τ 2 = τ (F z2 ) = 10,893 MPa σ 1 = τ 1 = σ 1 / 2 = 178,933 MPa σ 2 = τ 2 = σ 2 / 2 = 148,203 MPa τ 1 = τ 1 = 0,000 MPa τ 2 = τ 2 = 10,893 MPa

W punkcie 1 f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ 1 ) 2 + 3(τ 1 2 + τ 12 )] = 357,866 MPa < 360,000 MPaC Warunek 2: σ 1 = 178,933 MPa < 259,200 MPaC W punkcie 2 Warunek 1: [(σ 2 ) 2 + 3(τ 2 2 + τ 22 )] = 297,006 MPa < 360,000 MPaC Warunek 2: σ 2 = 148,203 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 3b S235 IPE 450 EN 1993-1-8 p.4.10.(5): Nośność spoin wokół półki = nośność półki na siłę osiową IPE 450 b f = 190 mm ; t f = 14,6 mm N Rd = b f t f f y / γ M0 = 651,890 kn

Rys: autor Σl i = b f + 2 (b f - 2r - t w ) / 2 = 190 + 2 (190-2 21-9,4) / 2 = = 328 mm M Ed = 247,1 knm F x = 218,169 kn F z = 49,675 kn Zgodnie z uproszczoną metodą obliczeń spoin: σ = N Rd / (Σl i a) σ = τ = σ / 2 F w, Ed = (σ + τ ) a F w, Rd = f u 3 a / (β w γ M2 ) F w, Ed F w, Rd

σ = N Rd / (Σl i a) σ = τ = σ / 2 F w, Ed = (σ + τ ) a = 2 σ a / 2 = 2 σ a = 2 N Rd / Σl i F w, Rd = f u 3 a / (β w γ M2 ) F w, Ed F w, Rd 2 N Rd / Σl i f u 3 a / (β w γ M2 ) 2 N Rd β w γ M2 / ( 3 f u Σl i ) a 4,5 mm a = 6 mm (tak samo dla środnika)

A = 2 6 380 + 2 6 190 + 4 6 69 = 8 496 mm 2 A V = 2 6 380 = 4 560 mm 2 J y = 2 6 380 3 / 12 + 2 6 190 (190 + 35 + 3) 2 + + 4 6 69 (190 + 14,4 + 3) 2 = = 244 627 963 mm 4 Tak samo jak w 3a, liczymy naprężenia w punktach 1 i 2 Rys: Autor

σ (F x1 ) = σ (F x2 ) = F x / A = 25,679 MPa σ (M 1 ) = M Ed z 1 / J y σ (M 2 ) = M Ed z 2 / J y z 1 = 235 mm z 2 = 190 mm σ (M 1 ) = 237,375 MPa σ (M 2 ) = 191,920 MPa τ (F z1 ) = 0,000 MPa τ (F z2 ) = 10,893 MPa

σ 1 = σ (F x1 ) + σ (M 1 ) = 263,054 MPa σ 2 = σ (F x2 ) + σ (M 2 ) = 217,599 MPa τ 1 = τ (F z1 ) = 0,000 MPa τ 2 = τ (F z2 ) = 10,893 MPa σ 1 = τ 1 = σ 1 / 2 = 186,007 MPa σ 2 = τ 2 = σ 2 / 2 = 153,866 MPa τ 1 = τ 1 = 0,000 MPa τ 2 = τ 2 = 10,893 MPa

Dla punktu 1 f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Condition 1: [(σ 1 ) 2 + 3(τ 1 2 + τ 12 )] = 372,014 MPa > 360,000 MPaD Condition 2: σ 1 = 186,007 MPa < 259,200 MPaC Dla punktu 2 Condition 1: [(σ 2 ) 2 + 3(τ 2 2 + τ 22 )] = 308,310 MPa < 360,000 MPaC Condition 2: σ 2 = 153,866 MPa < 259,200 MPaC

Wnioski Warunek Punkt 3a 3b [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 1 0,994 1,033 2 0,825 0,856 σ / (0,9f u / γ M2 ) 1 0,690 0,718 2 0,572 0,594 Może się okazać, że obliczenia zgodne z Eurokodem (EN 1993-1-8 p.4.10.(5)) dadzą za słabe spoiny.

Przykład 3c S235 IPE 450 (belka) HEB 600 (słup) Jeśli w połączeniu sztywnym belki ze słupem nie usztywnimy słupa żebrami, musimy w obliczeniach przyjąć zredukowaną długość spoin wokół półek belki (EN 1993-1-8 p.4.10.(2)) Rys: Autor

Efektywna długość spoin poziomych: b eff = min ( b bf ; t cw + 2s + 7 k t cf ) IPE 450 (belka) b bf = 190 mm ; t bf = 14,6 mm HEB 600 (słup) t cf = 30 mm ; t cw = 15,5 mm ; r = 27 mm Dla słupa z dwuteownika gorącowalcowanego: s = r Dla słupa z dwuteownika spawanego: s = a 2 k = min [ 1,0 ; (t cf / t bf )(f y, cf / f y, bf ) ]

IPE 450 (belka) b bf = 190 mm ; t bf = 14,6 mm HEB 600 (słup) t cf = 30 mm ; t cw = 15,5 mm ; r = 27 mm Słup gorącowalcowany: s = r = 27 mm k = min [ 1,0 ; (t cf / t bf )(f y, cf / f y, bf ) ] = min (1,0 ; 2,055) = 1,0 Efektywna długość spoin poziomych: b eff = min ( b bf ; t cw + 2s + 7 k t cf ) = min (190 ; 15,5 + 2 27 + 7 1 30) = = min (190 ; 279,5) = 190 mm W tym konkretnym przypadku nie musimy dokonywać redukcji. Reszta obliczeń jest taka sama jak dla przykładu 3a.

Przykład 3d S235 IPE 450 (belka) HEB 600 (słup) Jeśli w połączeniu sztywnym belki ze słupem nie usztywnimy słupa żebrami, musimy w obliczeniach przyjąć zredukowaną długość spoin wokół półek belki (EN 1993-1-8 p.4.10.(2)) Rys: Autor

IPE 450 (belka) b bf = 190 mm ; t bf = 14,6 mm HEB 600 (słup) t cf = 30 mm ; t cw = 15,5 mm ; r = 27 mm Słup gorącowalcowany: s = r = 27 mm k = min [ 1,0 ; (t cf / t bf )(f y, cf / f y, bf ) ] = min (1,0 ; 2,055) = 1,0 Efektywna długość spoin poziomych: b eff = min ( b bf ; t cw + 2s + 7 k t cf ) = min (190 ; 15,5 + 2 27 + 7 1 30) = = min (190 ; 279,5) = 190 mm W tym konkretnym przypadku nie musimy dokonywać redukcji. Reszta obliczeń jest taka sama jak dla przykładu 3b.

Wnioski Warunek Punkt 3c 3d [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 1 0,994 1,033 2 0,825 0,856 σ / (0,9f u / γ M2 ) 1 0,690 0,718 2 0,572 0,594 Może się zdarzyć, że musimy zredukować długość spoin poziomych. W takim przypadku należy odpowiednio zwiększyć ich grubość.

Przykład 4 Spoiny pachwinowe Rys: Autor Spoiny między prętami kratownicy stalowej (przekroje rurowe).

Sytuacja rozpatrzona jest w dwu przypadkach: a) Kratownica idealna; b) Kratownica nieidealna; Zgodnie z zapisami Eurokodu EN 1993-1-8, musimy spełnić wiele warunków by można było realną kratownicę liczyć jak idealną (tylko siły osiowe). Czasami, gdy część warunków nie jest spełniona, musimy dodatkowo uwzględnić niewielkie momenty zginające, przyłożone w węzłach kratownicy. Więcej informacji pokazane będzie na wykładzie #14.

Przykład 4a S235 CHS średnica 51 mm CHS grubość ścianki 3,2 mm grubośćspoiny 3 mm A = π [(51 / 2 + 3) 2 - (51 / 2) 2 ] = 509 mm 2 N Ed = 64,73 kn Rys: Autor

σ = N Ed / A = 127,171 MPa τ = 0 MPa σ = τ = σ / 2 = 89,923 MPa τ = τ = 0,000 MPa

f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Condition 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 254,342 MPa < 360,000 MPaC Condition 2: σ = 89,923 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 4b S235 A = π [(51 / 2 + 3) 2 - (51 / 2) 2 ] = 509 mm 2 J = π [(51 / 2 + 3) 4 - (51 / 2) 4 ] / 4 = 186 080 mm 4 W = J / (r + a) = 186 080 / (51 / 2 + 3) = 6 529 mm 3 N Ed = 64,73 kn M Ed = 2,24 knm Rys: Autor

σ = N Ed / A + M Ed / W = 127,171 + 343,085 MPa = 470,256 τ = 0 MPa σ = τ = σ / 2 = 332,521 MPa τ = τ = 0,000 MPa

f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Condition 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 665,042 MPa > 360,000 MPaD Condition 2: σ = 332,521 MPa > 259,200 MPaD

Wnioski Warunek 4a 4b [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 0,707 1,847 σ / (0,9f u / γ M2 ) 0,347 1,283 Nawet przy małym momencie zginającym, wytężenie spoin w kratownicy jest znacznie większe, niż ich nośność. M.in. Dlatego ważne jest dokładne spełnienie wszystkich warunków definiujących idealną kratownicę.

Przykład 5 Spoiny pachwinowe Spoiny między blachą węzłową a stężeniem, między nakładką a półką Rys: Autor

Przykład przeanalizowany będzie dla dwu przypadków: a) Gdy l weld 150 a b) Gdy l weld > 150 a

Przykład 5a S235 A V = 2 10 470 = 9 400 mm 2 F Ed = 1 874,3 kn Rys: Autor

σ = 0 MPa τ = F Ed / A V = 199,394 MPa σ = τ = σ / 2 = 0,000 MPa τ = τ = 199,394 MPa

f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 345,361 MPa < 360,000 MPaC Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 5b W tej sytuacji jest pewien problem... S235 A V = 2 3 470 = 2 820 mm 2 F Ed = 562,3,3 kn Rys: Autor l = 470 mm > 150 a = 450 mm Długi styk Dla długich spoin wykres naprężeń staje się nieliniowy po długości spoiny. Wartości na końcach są wyższe niż w części centralnej. W modelu matematycznym przyjmujemy jednorodny rozkład naprężeń - może się okazać że na końcach naprężenia przekroczą nośność i dojdzie do zniszczenia spoiny.

Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] β LW f u / (β w γ M2 ) Warunek 2: σ 0,9 β LW f u / γ M2 Wartość β LW dla różnych rodzajów spoiny: Długość spoiny: 0 - Pomiędzy półką a środnikiem w dwuteownikach spawanych Długość spoiny: L < 1,700 m 1,700 m < L < 8,500 m L > 8,500 m Pomiędzy żebrami poprzecznymi i belką w dwuteownikach spawanych 1,0 1,0 1,1 - L / 17 0,6 Długość spoiny: L < 150 a 150 a < L < 900 a L > 900 a Wszystkie pozostałe przypadki 1,0 1,2-0,2 L / (150 a) 0,0 EN 1993-1-8 (4.9), (4.10)

β LW = 1,2-0,2 470 / 450 = 0,991 β LW f u / (β w γ M2 ) = 356,800 MPa 0,9 β LW f u / γ M2 = 256,896 MPa σ = 0 MPa τ = F Ed / A V = 199,394 MPa σ = τ = σ / 2 = 0,000 MPa τ = τ = 199,394 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 345,361 MPaC Warunek 2: σ = 0,000 MPaC

Wnioski Warunek 5a 5b [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 0,959 0,968 σ / (0,9f u / γ M2 ) 0,000 0,000 Może się okazać, że przy wydłużaniu spoin wytężenie w nich będzie rosło, a ich nośność będzie spadać.

Przykład 6 Rys: Autor Spoiny pachwinowe Spoiny w elementach wielogałęziowych między skratowaniem lub przewiązkami a gałęziami, gdy przewiązki lub skratowanie wykonane jest z kątowników

Dla kątowników istotna jest odległość między środkiem ciężkości przekroju a środkiem ciężkości spoin. Należy rozważyć dwie możliwości: a) Odległość = 0 b) Odległość 0

Przykład 6a Różne długości spoin, brak mimośrodu (Środek ciężkości spoin w tym samym miejscu, co środek ciężkości kątownika) S235 L 40x40x5 a = 3 mm F ed = 164,2 kn e 1 = 11,6 + a / 2 = 13,1 mm e 2 = 28,4 + a / 2 = 29,9 mm e 1 l 1 = e 2 l 2 l 1 = 2,284 l 2 Rys: Autor Założenie: l 1 = 205 mm l 2 = 90 mm

Σ l = l 1 + l 2 = 295 mm A V = a Σ l = 3 295 = 885 mm 2 f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa σ = 0 MPa τ = τ = F Ed / A V = 185,537 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 321,359 < 360,000 MPaC Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 6b Taka sama długość spoin, mimośród S235 L 40x40x5 a = 3 mm F ed = 164,2 kn A V = 2 3 200 = 1 200 mm 2 Rys: Autor

Rys: Autor M 1 = e 1 F ed / 2 = 1,076 knm M 2 = e 2 F ed / 2 = 2,455 knm M = M 2 - M 1 = 1,379 knm J y = 2 3 200 (21,5) 2 = 554 700 mm 4 J z = 2 3 200 3 / 12 = 4 000 000 mm 4 J o = J y + J z = 4 554 700 mm 4

Obliczenia takie same jak dla przykładu 1: τ F = F Ed / A V = 136,833 MPa τ M = M r max / J o r max = (100 2 + 23 2 ) = 102,6 mm sin α = 23 / 102,6 τ M = 62,150 MPa τ M = τ M sin α = 13,932 MPa τ M = τ M cos α = 60,568 MPa σ = 0 MPa τ = τ M + τ F = 150,765 MPa τ = τ M = 60,568 MPa σ = 0,000 MPa

f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 281,417MPa < 360,000 MPaC Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Wnioski Warunek 6a 6b [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 0,893 0,970 σ / (0,9f u / γ M2 ) 0,000 0,000 Efekt niezerowego mimośrodu daje istotne zwiększenie wytężenia spoiny nawet dla małych wartości mimośrodu.

Spoiny między półką a środnikiem w dwuteowniku spawanym W tym przypadku naprężenia w spoinach jest takie samo jak naprężenie w dwuteowniku. Odnosimy się do geometrii belki, nie spoin. Przykład 7 Spoiny pachwinowe S235 a = 6 mm A I = 2 16 400 + 1 168 12 = 26 816 mm 2 A V I = 1 168 12 = 14 016 mm 2 J y I = 12 1 168 3 / 12 + + 2 16 400 (1 168 / 2 + 16 / 2) 2 = = 6 079 352 832 mm 4 S y = 16 400 (1 168 / 2 + 16 / 2) = 3 788 800 mm 3 z 1 = 1 168 / 2 = 584 mm W yi1 = J y I / z 1 = 10 409 850 mm 3 Rys: Autor M Ed = 1 254,2 knm V Ed = 1 325,9 kn

Rozważone zostanie trzy przypadki: a) Spoiny pachwinowe ciągłe b) Spoiny pachwinowe przerywane c) Spoiny pachwinowe ciągłe i dodatkowe obciążenie poprzeczne

Rys: Autor Przykład 7a σ 1 = M Ed / W yi1 = 120,482 MPa τ 1 = V Ed S y / (2 a J y I ) = 68,861 MPa τ = σ 1 + τ 1 = 189,343 MPa τ = 0 MPa σ = 0 MPa f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 267,771 MPa < 360,000 MPaC Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 7b Rys: Autor L w = 148 mm L 1 = 52 mm

τ = (σ 1 + τ 1 ) (L w + L 1 ) / L w = 255,869 MPa τ = 0 MPa σ = 0 MPa f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 443,178 MPa > 360,000 MPaD Rys: Autor Warunek 2: σ = 0,000 MPa < 259,200 MPaC

Przykład 7c Lokalne obciążenie poprzeczne od suwnicy lub belki poprzecznej Rys: Autor S235 P = 136,4 kn l 0 = 212 mm σ z = P / (l 0 2 a) = 53,616 MPa

τ = σ 1 + τ 1 = 189,343 MPa τ = σ = σ z / 2 = 37,912 MPa f u / (β w γ M2 ) = 360,000 MPa 0,9f u / γ M2 = 259,200 MPa Warunek 1: [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] = 336,603 MPa < 360,000 MPaC Warunek 2: σ = 37,912 MPa < 259,200 MPaC

Wnioski Warunek 7a 7b 7c [(σ ) 2 + 3(τ 2 + τ 2 )] / [f u / (β w γ M2 )] 0,744 1,231 0,935 σ / (0,9f u / γ M2 ) 0,000 0,000 0,146 Spoiny przerywane mogą się okazać za słabe.

Przykład 8 Spoiny pachwinowe obwodowe Pomocnicze dla dużych nakładek, przykładek, wzmocnień środnika itp. Dla zapewnienia lepszej współpracy blach i zabezpieczenia przed wyboczeniem blach) Obliczenia wedle tej samej metody co w przykładzie 1 Rys: Autor

Przykład 9 Spoiny otworowe Pomocnicze dla dużych nakładek, przykładek, wzmocnień środnika itp. Dla zapewnienia lepszej współpracy blach i zabezpieczenia przed wyboczeniem blach)

d t h Obliczenia analogicznie jak w przykładzie 1 f u1 F w, Rd = A w f u / ( 3 β w γ M2 ) Rys: Autor f u2 A w = π d 2 / 4 f u = min ( f u1 ; f u2 ) γ M2 = 1,25 stal S 235 S 275 S 355 S 420 S 460 EN 1993-1-8 tab 4.1 β w 0,80 0,85 0,90 1,00

A = Σ A i J i ψ = J 0iψ + A i r ζ 2 J 0iψ << A i r ζ 2 J i ψ A i r iζ 2 J ψ = Σ J i ψ Σ (A i r iζ2 ) ψ, ζ = y, z Rys: Autor J i o J i y + J i z J o J y + J z = = Σ (A i r iz2 ) + Σ (A i r iy2 ) = = Σ [A i ( r iz2 + r iy2 )] = = Σ (A i r i2 )

Rys: Autor τ i = F y / A + F z / A + M r i / J o = = F y / Σ A i + F z / Σ A i + + M r i / Σ (A i r ζ2 ) usually A i = const = A ; Σ A i = n A ; Σ (A i r i2 ) = A Σ (r i2 ) ; τ i = F y / (n A) + F z / (n A) + + M r i / [A Σ (r i2 )] τ i A = F i F i = F y / n + F z / n + Taki sam wzór jak dla śrub w przykładce + M r i / Σ (r i2 ) F i F w, Rd

Interakcje Interakcja między spoinami pachwinowymi obwodowymi / otworowymi a innym rodzajem spoin Geometria spoin obwodowych lub otworowych jest dodana do geometrii innych rodzajów spoin: A = A plug + A all round + A other J y = A plug, y + A all round, y + A other, y J z = A plug, z + A all round, z + A other, z

Wymagania dodatkowe #8 / 27 Spoiny pachwinowe dopuszczalne kąty między elementami (EN 1993-1-5 p.4.3.2.1) 120 o 60 o a a a Rys: Autor

EN 1993-1-5 p.4.3.2.1 Ta część musi być przetestowana eksperymentalnie 120 o a a a Ta część liczona jest jako spoina czołowa z niepełnym przetopem 60 o Rys: Autor

a a α 60 o Spoina czołowa z niepełnym przetopem = przetop mniejszy niż grubość materiału rodzimego (EN 1993-1-8 p.4.3.4.(2)) Obliczenia: jak dla spoiny czołowej (EN 1993-1-8 p.4.7.2.(1)). Grubośc spoiny: nie większa niż głębokość przetopu (EN 1993-1- 8 p.4.7.2.(2)). Rys: Autor a a 1 a 1 = 2a sin (α / 2)

Zagadnienia egzaminacyjne Wstępny dobór geometrii spoin pachwinowych Nośność spoin pachwinowych Przeliczenie sił przekrojowych na naprężenia dla różnych rodzajów spoin

Dziękuję za uwagę 2017 dr inż. Tomasz Michałowski tmichal@usk.pk.edu.pl