Страница 32: ДСТУ-Н Б EN 1999-1-1:2010. Єврокод 9. Проектування алюмінієвих конструкцій. Частина 1-1. Загальні правила для конструкцій / Eurocode 9. Design of aluminium structures. Part 1-1. General structural rules (60373)

Рисунок

8.14

Стиковий шов під нормальним напруженням

Figure

8.14

Butt weld subject to normal stresses

8.6.3.3 Розрахунок кутових швів

(1) За розрахунковий переріз кутового шва вибирається його поздовжній переріз у площині бісектриси кута.

(2) Розрахунковий переріз визначається розрахунковою довжиною шва та його розрахунковою товщиною.

(3) Розрахункову довжину слід брати рівною фактичній довжині зварного шва, якщо:

– довжина шва складає принаймні 8 його товщин;

– довжина зварного шва не перевищує 100 товщин шва при нерівномірному розподілі напружень;

– розподіл напружень уздовж зварного шва є постійним, наприклад, у випадку з’єднань внакрій, як показано на рисунку 8.16(а).

(4) Якщо вищезазначені вимоги не ви­конані, то розрахункову довжину поздовж­ніх зварних швів слід приймати рівною

8.6.3.3 Design of fillet welds

(1) For the design of fillet welds the throat section should be taken as the governing section.

(2) The throat section should be determined by the effective weld length and the effective throat thickness of the weld.

(3) The effective length should be taken as the total length of the weld if:

– the length of the weld is at least 8 times the throat thickness;

– the length of the weld does not exceed 100 times the throat thickness with a non-uniform stress distribution;

– the stress distribution along the length of the weld is constant for instance in case of lap joints as shown in Figure 8.16(a).

(4) If the above listed requirements are not fulfilled the effective weld length of longitudinal welds should be taken as

^{при (with)}, ^(8.32)

де:

– розрахункова довжина поздовжніх кутових швів;

– загальна довжина поздовжніх зварних швів;

– розрахункова товщина зварного шва, див. рисунок 8.17.

ПРИМІТКА. При нерівномірному розподілі напружень і наявності тонких та довгих зварних швів податливість на їхніх кінцях може бути вичерпаною до допустимої межі ще до того, як у середній частині шва буде досягнуто стану текучості; таким чином з'єднання може зруйнува­тись на зразок застібки-«блискавки».

where:

– effective length of longitudinal fillet welds;

– total length longitudinal fillet welds;

– effective throat thickness, see Figure 8.17.

NOTE. With non-uniform stress distributions and thin, long welds the deformation capacity at the ends may be exhausted before

the middle part of the weld yields; thus the connection fails by a kind of zipper-effect

a) Приклад рівномірного розподілу напружень

b) Приклад нерівномірного розподілу напружень

a) Example of a uniform stress distribution

b) Example of a non uniform stress distribution

Рисунок

8.16

Розподіл напружень у з’єднаннях з кутовими швами

Figure

8.16

Stress Distributions in Joints with Fillet Welds

(5) Розрахункову товщину зварного шва слід визначати так, як показано на рисунку 8.17 ( висота найбільшого трикутика, який можна вписати у межі зварного шва).

(6) Якщо на випробувальних зразках демонструється достатньо якісне та одно­рідне проварювання кореня шва, то для цілей розрахунку можна зробити такі припущення:

– розрахункову товщину шва можна прийняти більшою на 20 % або на 2 мм (у залежності від того, яке значення менше) за умови проведення належних приймальних випробувань. Таким чином, a=1,2a або a=a+2мм;

– у кутових швах з глибоким проплав­ленням можна брати товщину шва більшою на додаткову глибину проплавлення, за умови, що однорідне якісне проплавлення доведене експериментально. Тому , див. рисунок 8.17.

(5) The effective throat thickness has to be determined as indicated in Figure 8.17 ( the height of the largest triangle which can be inscribed within the weld).

(6) If the qualification specimens show a consistent, positive root penetration, for design purposes the following may be assumed:

– The design throat thickness may be increased by 20 % or 2 mm whichever is smaller, under the condition that a qualification procedure has been prepared. Thus: a=1,2a або a=a+2mm.

– With deep penetration fillet welds the additional throat thickness may be taken into account provided that consistent penetration has been proved by test. Thus: see Figure 8.17.

Рисунок

8.17

Розразункова товщина зварного шва ; проплавлення кореня шва

Figure

8.17

Effective throat thickness ; positive root penetration .

(7) Сили, що діють на кутовий шов, необхідно перевести у компоненти нап­ружень, які діють на розрахунковий переріз шва, див. рисунок 8.18. Ці компоненти наведені далі:

– нормальне напруження – перпендику­лярне до перерізу зварного шва;

– нормальне напруження – паралельне осі шва;

– дотичне напруження – діє на переріз шва перпендикулярно до його осі;

– дотичне напруження – діє на переріз зварного шва паралельно його осі.

(7) The forces acting on a fillet weld should be resolved into stress components with respect to the throat section, see Figure 8.18. These components are:

– a normal stress – perpendicular to the throat section;

– a normal stress – parallel to the weld axis;

– a shear stress – acting on the throat section perpendicular to the weld axis;

– a shear stress – acting on the throat section parallel to the weld axis.

(8) Залишкові напруження і напружен­ня, які не беруть участі у передачі наван­таження, можна не враховувати при пере­вірці міцності кутового шва. Це зокрема стосується нормального напруження , паралельного осі зварного шва.

(8) Residual stresses and stresses not participating in the transfer of load need not be included when checking the resistance of a fillet weld. This applies specifically to the normal stress parallel to the axis of a weld.

(а) Поздовжній переріз зварного шва по бісектрисі кута

(a)Throat section

Рисунок

8.18

Напруження _, _,_і _, які діють на переріз зварного кутового шва

Figure

8.18

Stresses _, _,_and, _, acting on the throat section of a fillet weld

(9) Розрахунковий опір кутового шва повинен задовольняти критерій:

(9) The design resistance of a fillet weld should fulfil:

^{, (8.33)}

де:

– характеристична міцність металу шва відповідно до таблиці 8.8;

– частковий коефіцієнт надійності для зварних з'єднань, див. 8.1.1.

(10) Для двох випадків, які найчастіше зустрічаються, застосовуються наступні розрахункові формули, виведені з формули (8.33):

– подвійне кутове зварне з’єднання, навантажене перпендикулярно до осей швів (див. рисунок 8.19). Розрахункова товщина зварного шва а повинна задовольняти наступній формулі:

where:

– is the characteristic strength of weld metal according to Table 8.8;

– is the partial safety factor for welded joints, see 8.1.1.

(10) For two frequently occurring cases the following design formulas, derived from formula (8.33), should be applied:

– double fillet welded joint, loaded perpendicularly to the weld axis (see Figure 8.19). The throat thickness a should satisfy the following formula:

^{, (8.34)}

де:

where:

^(8.35)

(8.35) – нормальне напруження у приваре­ному елементі;

(8.35) – normal stress in the connected member

– розрахункове навантаження на приварений елемент;

– характеристична міцність металу шва згідно з таблицею 8.8;

– товщина привареного елемента, див. рисунок 8.19.

– ширина привареного елемента.

– design load in the connected member;

– characteristic strength of weld metal according to Table 8.8;

– thickness of the connected member, see Figure 8.19;

– width of the connected member.

Рисунок

8.19

Подвійне кутове зварне з'єднання, навантажене перпендикулярно до осей швів

Figure

8.19

Double fillet welded joint loaded perpendicularly to the weld axis

Рисунок

8.20

Подвійне кутове зварне з'єднання, навантажене паралельно осям швів

Figure

8.20

Double fillet welded joint loaded parallel to the weld axis

8.6.3.4 Розрахунковий опір у пришовних зонах

(1) Розрахунок пришовної зони викону­ється таким чином:

а) на розтягувальне зусилля, перпен­дикулярне до площини руйнування (див. рисунок 8.21):

– пришовні зони стикових швів:

8.6.3.4 Design resistance in HAZ

(1) The design of a HAZ adjacent to a weld should be taken as follows:

a) Tensile force perpendicular to the failure plane (see Figure 8.21):

– HAZ butt welds:

^(8.38)

(8.38) – біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва (повний поперечний переріз);

(8.38) – at the toe of the weld (full cross section);

– пришовні зони кутових швів:

– HAZ fillet welds:

^(8.39)

(8.39) – біля границі розплавлення та біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва (повний поперечний переріз);

(8.39) – at the fusion boundary and at the toe of the weld (full cross section).

де:

– розрахункове нормальне напру­ження, перпендикулярне до осі зварного шва;

– товщина привареного елемента;

– характеристична міцність пришов­ної зони, див. 8.6.2;

– коефіцієнт надійності для зварних вузлових з'єднань, див. 8.1.1.

b) на зсув у площині руйнування:

– пришовні зони стикових швів:

where:

– design normal stress perpendicular to the weld axis;

– thickness connected member;

– characteristic strength HAZ, see 8.6.2;

– material factor for welded joints, see 8.1.1.

b) Shear force in failure plane:

– HAZ butt welds:

^(8.40)

(8.40) – біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва (повний поперечний переріз);

(8.40) – at the toe of the weld (full cross section)

– пришовні зони кутових швів:

– HAZ fillet welds:

^(8.41)

(8.41) – біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва (повний поперечний переріз);

(8.41) – at the toe of the weld (full cross section)

де:

– дотичне напруження, паралельне осі зварного шва;

– характеристична міцність на зсув у пришовній зоні, див. 8.6.2;

– коефіцієнт надійності для зварних вузлових з'єднань, див. 8.1.1.

с) сумісна дія зсуву та розтягу:

– пришовні зони стикових швів:

where:

– shear stress parallel to the weld axis;

– characteristic shear strength HAZ, see 8.6.2;

– material factor for welded joints, see 8.1.1.

c) Combined shear and tension:

– HAZ butt welds:

^(8.42)

(8.42) – біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва (повний поперечний переріз);

(8.42) – at toe of the weld (full cross section);

– пришовні зони кутових швів:

– HAZ fillet welds:

^(8.43)

(8.43) – біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва (повний поперечний переріз).

Позначення див. у 8.6.3.4a) та b).

(8.43) – at the toe of the weld (full cross section).

Symbols see 8.6.3.4 a) and b).

Лінія F – пришовна зона біля границі розплавлення;
лінія T – пришовна зона біля кромки зовнішньої поверхні зварного шва при повному проварюванні поперечного перерізу,

t_e – розрахункова товщина шва,
R – кореневий валик зварного шва

The line F – HAZ in the fusion boundary;
the line T – HAZ in toe of the weld, full cross section,

t_e – effective throat section,
R – root bead

Рисунок

8.21

Площини руйнування у пришовних зонах

Figure

8.21

Failure planes in HAZ adjacent to a weld

(2) Наведені вище вказівки з розрахунку пришовних зон відносяться до зварних з’єднань як таких, тоді як у 6.3 та 6.5 міс­тяться вказівки з аналізу впливу пришовних зон на роботу елементів конструкцій.

(2) The above design guidance about HAZ is dealing with welded connections as such. In 6.3 and 6.5 design guidance is given for the effect of HAZ on the structural behaviour of members.

8.6.3.5 Розрахунок з'єднань з комбінова­ними зварними швами

(1) Для розрахунку з'єднань з комбіно­ваними зварними швами можна використо­вувати один із двох нижченаведених методів (див. також 8.1.4):

метод 1: навантаження, що діють на вузол з’єднання, розподіляються по зварних швах, які з найбільшою ймовірністю будуть їх сприймати;

метод 2: зварні шви розраховуються на дію напруженнь, які виникають у сусідніх ділянках основного металу в різних частинах вузла.

(2) Застосування одного з вищезазначе­них методів розрахунку з’єднань з комбіно­ваними швами дозволяє звести задачу до розрахунку окремих зварних швів, які входять у з’єднання.

(3) При використанні способу 1 необхідно перевірити, чи має зварний шов достатню податливість для введення такого спрощеного розподілу навантаження. Крім того, гіпотетичний розподіл зусиль у швах не повинен призвести до перевантаження з’єднаних конструктивних елементів.

(4) При використанні способу 2 вище­згаданих проблем немає, проте інколи буває важко визначити розподіл напружень у основному металі різних частин вузла.

(5) Припущення про спрощений розпо­діл напружень, як у методі 1, є найбільш розповсюдженим підходом до розрахунку. Оскільки фактичний розподіл наванта­ження між різними швами є відомим дуже приблизно, такі припущення виявилися цілком прийнятними та надійними у практиці проектування і розрахунку. Однак для того, щоб робити такі припущення, необхідно довести податливість зварних швів, завдяки якій досягається перероз­поділ зусиль.

(6) Залишкові та інші напруження, які не беруть участі у передачі навантажень, можна не враховувати у процесі розра­хунку. Наприклад, не потребує розгляду напруження, яке виникає через невеликий ексцентриситет у з’єднанні.

8.6.3.5 Design of connections with combined welds

(1) For the design of connections with combined welds one of the two following methods should be applied
(see also 8.1.4):

Method 1: The loads acting on the joint are distributed to the respective welds that are most suited to carry them.

Method 2: The welds are designed for the stresses occurring in the adjacent parent metal of the different parts of the joint.

(2) Applying one of the above methods the design of connections with combined welds is reduced to the design of the constituent welds.

(3) With method 1 it has to be checked whether the weld possesses sufficient deformation capacity to allow for such a simplified load distribution. Besides, the assumed loads in the welds should not give rise to overloading of the connected members.

(4) With method 2 the above problems do not exist, but sometimes it may be difficult to determine the stresses in the parent metal of the different parts of the joint.

(5) Assuming a simplified load distribution, like described as method 1, is the most commonly applied method. Since the actual distribution of loads between the welds is highly indeterminate, such assumptions have been found to be an acceptable and satisfactory design practice. However, these assumptions rely on the demonstrated ability of welds to redistribute loads by yielding.

(6) Residual stresses and other stresses not participating in the transfer load need not be considered for the design. For instance, stresses due to minor eccentricities in the joint need not be considered.

8.7 ГІБРИДНІ З'ЄДНАННЯ

(1) Якщо для сприйняття перерізуваль­ного зусилля використовуються різні види кріпильних деталей або якщо одночасно застосовуються кріпильні деталі та зварю­вання, то проектувальнику слід виконати перевірку їх сумісної роботи.

(2) Як правило, кількісні показники сумісної роботи можна отримати, розгляда­ючи криві «навантаження-деформація» для конкретного з’єднання нестандартного гіб­ридного типу або шляхом проведення від­повідних експериментальних досліджень закінченого вузла гібридного з’єднання.

(3) Зокрема, звичайні болти з допуска­ми на розміри отворів не повинні викорис­товуватися разом зі зварюванням.

(4) Попередньо-напружені високоміцні болти у з’єднаннях, призначених для сприйняття проковзування до граничного стану за втратою несучої здатності (категорія С у 8.5.3.1), можуть розгляда­тися як такі, що розподіляють наванта­ження між собою і зварними швами, за умови, що остаточне затягування болтів виконується після зварювання. Повне розрахункове навантаження слід визначати як суму відповідних розрахунко­вих опорів кожної кріпильної деталі з їх відповідними коефіцієнтами .

8.7 Hybrid connections

(1) If different forms of fasteners are used to carry a shear load or if welding and fasteners are used in combination, the designer should verify that they act together.

(2) In general the degree of collaboration may be evaluated through a consideration of the load-displacement curves of the particular connection with individual kind of joining, or also by adequate tests of the complete hybrid connection.

(3) In particular normal bolts with hole clearance should not collaborate with welding.

(4) Preloaded high-strength bolts in connections designed as slip-resistant at the ultimate limit state (Category С in 8.5.3.1) may be assumed to share load with welds, provided that the final tightening of the bolts is carried out after the welding is complete. The total design load should be given as the sum of the appropriate design resistance of each fastener with its corresponding -value.

8.8 КЛЕЙОВІ З'ЄДНАННЯ

ПРИМІТКА. Рекомендації щодо клейових з'єднань наведені у Додатку М.

8.8 Adhesive bonded connecti­ons

NOTE. Recommendations for adhesive bonded connections are given in Annex M.

8.9 ІНШІ СПОСОБИ З'ЄДНАНЬ

(1) Норми і правила для розрахунку механічних кріпильних деталей містяться у EN 1999-1-4.

(2) Можуть використовуватися інші способи з'єднань, які не передбачені нор­мами і правилами розрахунку у цьому стан­дарті, за умови, що проводяться відповідні випробування згідно з EN 1990 з метою:

– продемонструвати придатність даного способу для застосування у будівництві;

– знайти величину розрахункового опору для даного способу.

(3) Прикладами інших способів з’єд­нань є:

– деякі способи зварювання, наприклад, ротаційне зварювання тертям або лазерне зварювання;

– деякі механічні способи кріплення, наприклад, гвинтами або шурупами у паз, або ж самопробивними заклепками.

ПРИМІТКА. Інші способи з’єднань регламен­туються Національним додатком України №4.

8.9 Other joining methods

(1) Rules for the design of mechanical fasteners are given in EN 1999-1-4.

(2) Other joining methods, which are not covered by the design rules in this standard, may be used provided that appropriate tests in accordance with EN 1990 are carried out in order:

– to demonstrate the suitability of the method for structural application;

– to derive the design resistance of the method used.

(3) Examples of other j oining methods are:

– welding methods like for instance friction stir welding and laser welding;

– mechanical fastening methods like screws in screw grooves and self-piercing rivets.

NOTE. The National Annex may give provisions for other joining methods.