Idea Statica
  • Ocel
  • Beton
  • BIM & pracovní postupy
  • Podpora a Vzdělávání
  • Ceník
  • O společnosti
  • 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
  • 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
14denní zkušební verze
14denní zkušební verze
  • Ocel
  • Beton
  • BIM & pracovní postupy
  • Podpora a Vzdělávání
  • Ceník
  • O společnosti

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 ve spoji se žiletkou
Koutový svar ve spoji se žiletkou
SteelVerificationsEN (Eurocode)CBFEMWelds

Koutový svar ve spoji se žiletkou

Tento článek je také dostupný v
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH

Toto je vybraná kapitola z knihy Component-based finite element design of steel connections od prof. Walda a kol. Kapitola je zaměřena na ověření svarů.

Popis

V této kapitole je ověřena metoda konečných prvků založená na komponentách (CBFEM) pro koutový svar ve spoji se žiletkou pomocí komponentové metody (CM). Žiletka je přivařena k sloupu z otevřeného průřezu HEB. Výška žiletky se mění od 150 do 300 mm. Plech/svar je zatížen normálovou silou, posouvající silou a ohybovým momentem.

Analytický model

Koutový svar je jediná komponenta zkoumaná v této studii. Svary jsou navrženy jako nejslabší komponenta styčníku podle kapitoly 4 v EN 1993-1-8:2005. Návrhová únosnost koutového svaru je popsána v oddílu 4.1. Přehled uvažovaných příkladů a materiálu je uveden v Tab. 4.3.1. Jsou uvažovány tři zatěžovací stavy: normálová síla N, posouvající síla V a ohybový moment M. Geometrie styčníku s rozměry je znázorněna na Obr. 4.3.1.

Výpočet normálové únosnosti svaru 

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_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=σN2=Nl⋅a⋅12\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} = \frac{N}{l \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}}σ⊥​=τ⊥​=2​σN​​=l⋅aN​⋅2​1​

τ∥=0\tau_{\parallel} = 0τ∥​=0

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

(Nl⋅a⋅12)2+3⋅(Nltw⋅a⋅12)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{N}{l \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{N}{l_\mathrm{tw} \cdot a}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}(l⋅aN​⋅2​1​)2+3⋅(ltw​⋅aN​⋅2​1​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

N≤fu⋅l⋅aβw ⋅ γM2 ⋅ 2N \leq \frac{f_{u} \cdot l\cdot a }{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{2}}N≤βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 2​fu​⋅l⋅a​

σ⊥≤fu ⋅ 0.9γM2\sigma_{\perp} \leq \frac{f_{u}  \cdot  0.9}{ \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥​≤γM2​fu​ ⋅ 0.9​

N≤fu ⋅ l ⋅ a ⋅ 0.9 ⋅ 2γM2N \leq \frac{f_{u}  \cdot  l  \cdot  a  \cdot  0.9  \cdot  \sqrt{2}}{ \gamma_{\mathrm{M2}} }N≤γM2​fu​ ⋅ l ⋅ a ⋅ 0.9 ⋅ 2​​

Kde:

aaa - účinná výška svaru

NNN - normálová síla působící na nosník

lll - celková délka svaru 

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

fuf_ufu​ - jmenovitá mez pevnosti slabšího spojovaného prvku

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

Výpočet ohybové únosnosti svaru 

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_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥2​+3⋅(τ⊥2​+τ∥2​)​≤βw​⋅γM2​fu​​

σ⊥=τ⊥=σN2=MW⋅12\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = \frac{\sigma_{N}}{\sqrt{2}} = \frac{M}{W}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}}σ⊥​=τ⊥​=2​σN​​=WM​⋅2​1​

τ∥=0\tau_{\parallel} = 0τ∥​=0

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

(MW⋅12)2+3⋅(MW⋅12)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{ \left( \frac{M}{W}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2 + 3 \cdot \left( \frac{M}{W}\cdot \frac{1}{\sqrt{2}} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}(WM​⋅2​1​)2+3⋅(WM​⋅2​1​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

M≤fu⋅Wβw ⋅ γM2 ⋅ 2M \leq \frac{f_{u} \cdot W }{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{2}}M≤βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 2​fu​⋅W​

σ⊥≤fu ⋅ 0.9γM2\sigma_{\perp} \leq \frac{f_{u}  \cdot  0.9}{ \gamma_{\mathrm{M2}}}σ⊥​≤γM2​fu​ ⋅ 0.9​

M≤fu ⋅ W ⋅ 0.9 ⋅ 2γM2M \leq \frac{f_{u}  \cdot  W  \cdot  0.9  \cdot  \sqrt{2}}{ \gamma_{\mathrm{M2}} }M≤γM2​fu​ ⋅ W ⋅ 0.9 ⋅ 2​​

Kde:

aaa - účinná výška svaru

W=14⋅a⋅l2W = \frac{1}{4} \cdot a \cdot l^2W=41​⋅a⋅l2 - plastický průřezový modul svaru

MMM - ohybový moment působící na nosník

lll - celková délka svaru 

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

fuf_ufu​ - jmenovitá mez pevnosti slabšího spojovaného prvku

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

Výpočet smykové únosnosti svaru

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_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∥=Vl ⋅ a\tau_{\parallel} = \frac{V}{l \cdot  a}τ∥​=l ⋅ aV​

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

 3⋅( Vl⋅a)2≤fuβw⋅γM2\sqrt{  3 \cdot \left(  \frac{V}{l \cdot a}\right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}} 3⋅( l⋅aV​)2​≤βw​⋅γM2​fu​​

V=fu ⋅ l⋅ a βw ⋅ γM2 ⋅ 3V = \frac{f_u  \cdot  l\cdot  a  }{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{3}}V=βw​ ⋅ γM2​ ⋅ 3​fu​ ⋅ l⋅ a ​

Kde:

aaa - účinná výška svaru

VVV - posouvající síla působící na nosník

lll - celková délka svaru

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

fuf_ufu​ - jmenovitá mez pevnosti slabšího spojovaného prvku

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

Tab. 4.3.1.N Examples overview\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.1.N Examples overview}}}Tab. 4.3.1.N Examples overview

Tab. 4.3.1.V Examples overview\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.1.V Examples overview}}}Tab. 4.3.1.V Examples overview

Tab. 4.3.1.M Examples overview\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.1.M Examples overview}}}Tab. 4.3.1.M Examples overview

Fig. 4.3.1 Joint geometry with dimensions\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.1 Joint geometry with dimensions}}}Fig. 4.3.1 Joint geometry with dimensions

Numerický model

Komponenta svaru v CBFEM je popsána v obecném teoretickém pozadí a teoretickém pozadí EN. Model svaru má elasticko-plastický materiálový diagram a napěťové špičky jsou redistribuovány podél délky svaru.

Ověření únosnosti

Návrhová únosnost vypočtená metodou CBFEM je porovnána s výsledky CM. Porovnání je uvedeno v Tab. 4.3.2. Studie je provedena pro jeden parametr: délku svaru, tj. výšku žiletky, a tři zatěžovací stavy: normálovou a posouvající sílu a ohybový moment. Posouvající síla je aplikována v rovině svaru, aby byl zanedbán vliv přídavného ohybu. Ohybový moment je aplikován na konci žiletky. Vliv délky svaru na návrhovou únosnost spojů se žiletkou zatížených normálovou a posouvající silou je znázorněn na Obr. 4.3.2. Závislost mezi délkou svaru a ohybovou únosností styčníku je znázorněna na Obr. 4.3.3.

Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM}}}Tab. 4.3.2 Comparison of CBFEM and CM

Výsledky CBFEM a CM jsou porovnány a je prezentována parametrická studie. Vliv délky svaru na návrhovou únosnost spoje se žiletkou zatíženého normálovou silou je znázorněn na Obr. 4.3.2, posouvající silou na Obr. 4.3.3 a ohybovým momentem na Obr. 4.3.4. Studie vykazuje dobrou shodu pro všechny uvažované zatěžovací stavy.

Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force}}}Fig. 4.3.2 Parametric study of fin plate joint loaded by normal force

Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force}}}Fig. 4.3.3 Parametric study of fin plate joint loaded by shear force

Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment}}}Fig. 4.3.4 Parametric study of fin plate joint loaded by bending moment

Pro ilustraci přesnosti modelu CBFEM jsou výsledky parametrických studií shrnuty v diagramu porovnávajícím návrhové únosnosti CBFEM a CM; viz Obr. 4.3.5. Výsledky ukazují, že rozdíl mezi oběma výpočetními metodami je ve všech případech menší než 10 %.

Fig. 4.3.5 Verification of CBFEM to CM\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.5 Verification of CBFEM to CM}}}Fig. 4.3.5 Verification of CBFEM to CM

Vzorový příklad

Vstupní hodnoty

Sloup

  • Ocel S235
  • HEB 400

Žiletka

  • Tloušťka tp = 15 mm
  • Výška hp = 175 mm

Svar, oboustranný koutový svar, viz Obr. 4.3.6

  • Účinná výška svaru aw = 3 mm

Výstupní hodnoty

  • Návrhová únosnost při čistém ohybu MRd = 11,4 kNm

Fig. 4.3.6 Benchmark example for the welded fin plate joint\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.3.6 Benchmark example for the welded fin plate joint}}}Fig. 4.3.6 Benchmark example for the welded fin plate joint

Otevřít v prohlížečiStáhnout