Idea Statica
  • Ocel
  • Beton
  • BIM & pracovní postupy
  • Podpora a Vzdělávání
  • Ceník
  • O společnosti
  • MIDAS
  • Přehled oceli
  • Návrh přípojů
  • Návrh ocelových prvků
  • Parametrický návrh
  • Ocelové případové studie
  • Přehled betonu
  • Stěny a D-oblasti
  • Kotvení do železobetonu
  • Průřezy a prvky
  • Betonové případové studie
  • BIM přehled
  • Podporované integrace
  • Checkbot
  • Viewer
  • API
  • Centrum podpory
  • Online kurzy a certifikace
  • Blog
  • Stahování a licence
  • Plány
  • Bezplatný komunitní nástroj
  • Enterprise licence
  • Studenti a univerzity
  • Spočítejte si úspory
  • O nás
  • Kontakty
  • Výzkum & vývoj
  • Distributoři
  • Poznejte naše zákazníky
  • Kariéra
  • Mosty
  • Stavby
  • Geotechnika
  • Stáhnout
  • Licence
  • Ceník
  • Ocel
    Přehled oceliNávrh přípojůNávrh ocelových prvkůParametrický návrhOcelové případové studie
  • Beton
    Přehled betonuStěny a D-oblastiKotvení do železobetonuPrůřezy a prvkyBetonové případové studie
  • BIM & pracovní postupy
    BIM přehledPodporované integraceCheckbotViewerAPI
  • Podpora a Vzdělávání
    Centrum podporyOnline kurzy a certifikaceBlogStahování a licence
  • Ceník
    PlányBezplatný komunitní nástrojEnterprise licenceStudenti a univerzitySpočítejte si úspory
  • O společnosti
    O násKontaktyVýzkum & vývojDistributořiPoznejte naše zákazníkyKariéra
  • MIDAS
    MostyStavbyGeotechnikaStáhnoutLicenceCeník
14denní zkušební verze
14denní zkušební verze
  • Ocel
  • Beton
  • BIM & pracovní postupy
  • Podpora a Vzdělávání
  • Ceník
  • O společnosti
  • MIDAS

Přihlaste se k odběru našeho newsletteru

Společnost

  • O nás
  • Partneři
  • Kariéra
  • Patent

Zdroje

  • Zákaznické projekty
  • Případové studie
  • Connection Library
  • Odborné publikace

Práva

  • EULA
  • Zásady soukromí
  • Smluvní podmínky Viewer
  • Licencování

Pomoc

  • Kontakt
  • Cenová nabídka
  • Distributoři
  • Ke stažení
FacebookInstagramLinkedInYouTube

© IDEA StatiCa 2009-2026

Důvěryhodný a používaný po celém světě inženýry, výrobci a konzultanty.

Centrum podporyOvěřovací příkladyKoutový svar v přeplátovaném spoji
Koutový svar v přeplátovaném spoji
SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)Welds

Koutový svar v přeplátovaném spoji

Tento článek je také dostupný v
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

Tento článek je vybranou kapitolou z knihy Component-based finite element design of steel connections od prof. Walda a kol. Kapitola je zaměřena na ověření svarů. Tato kapitola byla pro potřeby tohoto webu mírně upravena a výsledky byly aktualizovány.

Popis

Cílem této kapitoly je ověření metody konečných prvků založené na komponentách (CBFEM) pro koutový svar v přeplátovaném spoji pomocí komponentové metody (CM). Dva plechy jsou spojeny ve třech konfiguracích: příčným svarem, podélným svarem a kombinací příčného a podélného svaru. Proměnnými parametry studie jsou délka a výška svaru. Studie zahrnuje také dlouhé svary, jejichž únosnost je snížena v důsledku koncentrace napětí. Styčník je zatížen normálovou silou.

Analytický model

Koutový svar je jediná komponenta zkoumaná v této studii. Svary jsou navrženy jako nejslabší komponenta styčníku. Svar je navržen podle EN 1993-1-8:2005. Návrhová únosnost koutového svaru je stanovena pomocí směrové metody uvedené v čl. 4.5.3.2 normy EN 1993-1-8:2005. Dostupné výpočetní metody pro posouzení pevnosti koutových svarů vycházejí ze zjednodušujícího předpokladu, že napětí jsou rovnoměrně rozložena v průřezu svaru, což vede k normálovým napětím a smykovým napětím znázorněným na obr. 4.1.1, a to následovně:

  • σ⊥ je normálové napětí kolmé na průřez svaru;
  • σ∥ je normálové napětí rovnoběžné s osou svaru v jeho průřezu;
  • τ⊥ je smykové napětí (v rovině průřezu svaru) kolmé na osu svaru;
  • τ∥ je smykové napětí (v rovině průřezu svaru) rovnoběžné s osou svaru.

Normálové napětí σ∥ rovnoběžné s osou se při ověřování návrhové únosnosti svaru nezohledňuje.

Fig. 4.1.1 Stresses in a throat section of a fillet weld\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.1 Stresses in a throat section of a fillet weld}}}Fig. 4.1.1 Stresses in a throat section of a fillet weld

Návrhová únosnost koutového svaru bude dostatečná, jsou-li splněny obě následující podmínky:

σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ⊥2)≤fuβwγM2\sqrt{\sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot ( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 )} \le \frac{f_\textrm{u}}{\beta_\textrm{w} \gamma_\textrm{M2}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ⊥2​)​≤βw​γM2​fu​​

σ⊥≤0.9fuγM2\sigma_{\perp} \le \frac{0.9 f_\textrm{u}}{\gamma_\textrm{M2}}σ⊥​≤γM2​0.9fu​​

V přeplátovaných spojích delších než 150⋅a150 \cdot a150⋅a je redukční součinitel βLw,1\beta_{\mathrm{Lw,1}}βLw,1​ dán vztahem:

βLw,1=1.2−0.2Lj150a\beta_{\mathrm{Lw,1}} = 1.2 - \frac{0.2 L_\textrm{j}}{150 a}βLw,1​=1.2−150a0.2Lj​​  ale   βLw,1≤1.0\beta_{\mathrm{Lw,1}} \le 1.0βLw,1​≤1.0

Numerický model

Komponenta svaru v CBFEM je popsána v obecném teoretickém pozadí a teoretickém pozadí EN. V této studii je pro svary použit nelineární elasticko-plastický materiál. Limitní plastické přetvoření je dosaženo v delší části svaru a napěťové špičky jsou přerozděleny.

Ověření únosnosti

Přehled uvažovaných příkladů a materiálových vlastností je uveden v tab. 4.1.1. Konfigurace svarů jsou označeny T pro příčný svar, P pro podélný svar a TP pro jejich kombinaci; geometrie je znázorněna na obr. 4.1.2. Třída oceli byla S235 (fy = 235 MPa, fu = 360 MPa, E = 210 GPa, βw = 0,8). Dílčí součinitele spolehlivosti byly γM0 = 1,0, γM2 = 1,25. Geometrie modelu je znázorněna na obr. 4.1.2. Plechy mají tloušťku 20 mm. Přípoj je symetrický a plech je vytahován ze svařovaného přeplátovaného spoje. Délka a šířka plechů jsou upraveny podle délky podélného a příčného svaru. Rozhodujícím způsobem porušení je vždy únosnost svaru. Výška svaru je 3 mm. Délky příčného a podélného svaru se v této parametrické studii mění.

Drawing 4.1 Joint geometry with dimensions\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 4.1 Joint geometry with dimensions}}}Drawing 4.1 Joint geometry with dimensions

Návrhová únosnost svaru vypočtená pomocí CBFEM je porovnána s výsledky CM. Výsledky jsou uvedeny v tab. 4.1.1 – 4.1.3 a na obr. 4.1.3 – 4.1.5.

Fig. 4.1.2 Specimen geometry\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.2 Specimen geometry}}}Fig. 4.1.2 Specimen geometry

Výpočet únosnosti příčných svarů 

σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ∥2)≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_\textrm{u}}{\beta_{\textrm{w}} \cdot \gamma_{\textrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=σN2=NLt⋅a⋅12\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = \frac{\sigma_\textrm{N}}{\sqrt{2}} = \frac{N}{L_{\textrm{t}} \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}}σ⊥​=τ⊥​=2​σN​​=Lt​⋅aN​⋅2​1​

τ∥=0\tau_{\parallel} = 0τ∥​=0

(σN2)2+3⋅(σN2)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{\sigma_\textrm{N}}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{\sigma_\textrm{N}}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_\textrm{u}}{\beta_{\textrm{w}} \cdot \gamma_{\textrm{M2}}}(2​σN​​)2+3⋅(2​σN​​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

(NLt⋅a⋅12)2+3⋅(NLt⋅a⋅12)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{N}{L_{\textrm{t}}\cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{N}{L_{\textrm{t}}\cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_\textrm{u}}{\beta_{\textrm{w}} \cdot \gamma_{\textrm{M2}}}(Lt​⋅aN​⋅2​1​)2+3⋅(Lt​⋅aN​⋅2​1​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

N≤fu⋅Lt⋅aβw ⋅ γM2 ⋅ 2N \leq \frac{f_\textrm{u} \cdot L_{\textrm{t}}\cdot a }{\beta_{\textrm{w}}  \cdot  \gamma_{\textrm{M2}}  \cdot  \sqrt{2}}N≤βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 2​fu​⋅Lt​⋅a​

σ⊥=NLt⋅a⋅12≤fu ⋅ 0.9γM2\sigma_{\perp}= \frac{N}{L_{\textrm{t}} \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \leq \frac{f_\textrm{u}  \cdot  0.9}{ \gamma_{\textrm{M2}}}σ⊥​=Lt​⋅aN​⋅2​1​≤γM2​fu​ ⋅ 0.9​

N≤fu ⋅Lt⋅ a ⋅ 0.9 ⋅ 2γM2N \leq \frac{f_{u}  \cdot L_{\textrm{t}}\cdot  a  \cdot  0.9  \cdot  \sqrt{2}}{ \gamma_{\textrm{M2}} }N≤γM2​fu​ ⋅Lt​⋅ a ⋅ 0.9 ⋅ 2​​

Kde:

aaa - výška svaru

NNN - normálová síla působící na prvek

LtL_{\textrm{t}}Lt​ - celková délka příčného svaru 

βw\beta_{\mathrm{w}}βw​ - korelační součinitel převzatý z tabulky 4.1 normy EN 1993-1-8

fuf_\textrm{u}fu​ - jmenovitá mez pevnosti slabšího spojovaného dílu

γM2\gamma_{\mathrm{M2}}γM2​ - dílčí součinitel spolehlivosti pro svary

Výpočet únosnosti podélných svarů

σ⊥2+3⋅(τ⊥2+τ∥2)≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_\textrm{u}}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=0\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = 0σ⊥​=τ⊥​=0

τ∥=VLp ⋅ a\tau_{\parallel} = \frac{V}{L_{\textrm{p}}  \cdot  a}τ∥​=Lp​ ⋅ aV​

 3⋅(τ∥)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{  3 \cdot \left( \tau_{\parallel} \right)^2} \leq \frac{f_\textrm{u}}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}} 3⋅(τ∥​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

 3⋅( VLp⋅a)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{  3 \cdot \left(  \frac{V}{L_{\textrm{p}} \cdot a}\right)^2} \leq \frac{f_\textrm{u}}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}} 3⋅( Lp​⋅aV​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

V=fu ⋅ Lp⋅ a ⋅ βLw1βw ⋅ γM2 ⋅ 3V = \frac{f_\textrm{u}  \cdot  L_{\textrm{p}} \cdot  a  \cdot  \beta_{\mathrm{Lw1}}}{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{3}}V=βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 3​fu​ ⋅ Lp​⋅ a ⋅ βLw1​​

Kde:

aaa - výška svaru

VVV - posouvající síla působící na prvek

LtL_{\textrm{t}}Lt​ - celková délka podélných svarů

βw\beta_{\mathrm{w}}βw​ - korelační součinitel převzatý z tabulky 4.1 normy EN 1993-1-8

βLw1\beta_{\mathrm{Lw1}}βLw1​ - redukční součinitel pro dlouhé svary, rovnice 4.9 normy EN 1993-1-8

fuf_\textrm{u}fu​ - jmenovitá mez pevnosti slabšího spojovaného dílu

γM2\gamma_{\mathrm{M2}}γM2​ - dílčí součinitel spolehlivosti pro svary

Výpočet příčného a podélného svaru 

Únosnost vypočtená ručně pro kombinaci příčného a podélného svaru je prostým součtem únosností příčného a podélného svaru odvozených z výše uvedených rovnic. 

Prezentace výsledků

Tab. 4.1.1 Parallel welds results\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.1.1 Parallel welds results}}}Tab. 4.1.1 Parallel welds results

Fig. 4.1.3 Comparison of load resistances of parallel welds\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.3 Comparison of load resistances of parallel welds}}}Fig. 4.1.3 Comparison of load resistances of parallel welds

Fig. 4.1.3.a Influence of weld length on resistance\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.3.a Influence of weld length on resistance}}}Fig. 4.1.3.a Influence of weld length on resistance

Tab. 4.1.2 Transverse welds\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.1.2 Transverse welds}}}Tab. 4.1.2 Transverse welds

Fig. 4.1.4 Comparison of load resistances of transverse welds\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.4 Comparison of load resistances of transverse welds}}}Fig. 4.1.4 Comparison of load resistances of transverse welds

Fig. 4.1.4.a Influence of weld length on resistance\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.4.a Influence of weld length on resistance}}}Fig. 4.1.4.a Influence of weld length on resistance

Tab. 4.1.3 Grouped welds\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.1.3 Grouped welds}}}Tab. 4.1.3 Grouped welds

Fig. 4.1.5 Comparison of load resistances of group\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.1.5 Comparison of load resistances of group}}}Fig. 4.1.5 Comparison of load resistances of group

Únosnost podélných svarů, příčných svarů a skupin svarů s různou orientací je podle CM a CBFEM téměř totožná. Největší rozdíl v této studii činí 6 % v únosnosti při zatížení.

Výsledky CBFEM pro podélné svary jsou mírně konzervativní, ale u dlouhých svarů začínají divergovat. Snížení únosnosti v důsledku dlouhých svarů není v CBFEM zachyceno, avšak nelze předpokládat, že by se v jakémkoli přípoji mohly vyskytnout svary delší než 200násobek výšky svaru, a do této délky jsou výsledky stále velmi blízké.

Pro příčné svary poskytuje CBFEM velmi konzistentní výsledky s o 2–4 % vyšší únosností.

Benchmark příklad

Vstupy

Prvek 1 – Iw60x500

• Svařen z plechů tloušťky t = 20 mm

• Šířka b = 500 mm

• Stojina je odstraněna výrobní operací Otvor

• Ocel S235

Prvek 2 – Plech 20x1000

• Tloušťka t = 20 mm

• Šířka b = 1000 mm

• Ocel S235

• Excentricita ex = –90 mm

Příčný koutový svar na obou stranách prvku 2

• Výška svaru a = 3 mm

• Délka svaru Lt = 100 mm

Podélný koutový svar na obou stranách prvku 2

• Výška svaru a = 3 mm

• Délka svaru Lp = 100 mm

Výstup

• Návrhová únosnost v tahu FRd = 387 kN (Je třeba poznamenat, že únosnost byla vypočtena pomocí funkce „Zastavit při limitním přetvoření". Skutečná únosnost CBFEM proto může být nepatrně vyšší.)

Otevřít v prohlížečiStáhnout