Svetsforband Bernt Johansson

1

SBI seminarium Eurokod 3‐1‐8Svetsförband

Bernt Johansson

2

Innehåll1 Inledning2 Grundläggande dimensioneringsregler3 Förband med skruvar, nitar och pinnar4 Svetsförband5 Analys, klassificering och modellering6 Knutpunkter med H-

eller I-profiler

7 Knutpunkter med rörprofiler

Eurokod 3, del 1-8. Dimensionering av knutpunkter och förband

3

Partialkoefficienter

för förband (Svenskt  NA)

γM2

= 1,2 för skruvar, svetsar och hålkantbrottγM3

= 1,2 glidning i brottgränstillståndγM3,ser

= 1,0 glidning i bruksgränstillståndγM4

= 1,0 hålkanttryck

för injektionsskruvar (ej broar)γM5

= 1,0 knutpunkter med rörprofilerγM6,ser

= 1,0 pinnar i bruksgränstillståndγM7 

= 1,0 förspänningskraft

2 Grundläggande dimensioneringsregler

2 Grundläggande dimensioneringsregler  (EN 1993‐1‐8, 2.5)

Antaganden för dimensionering: Bland annat att den antagna kraftfördelningen i förbandet bör vara realistisk med hänsyn till delarnas styvhet och att deformationsförmågan inte överskrids.Förband utsatta för vibrationer, stötar eller där lasten växlar riktning utförs som:FriktionsförbandPassförbandSvetsförband

4

5

Arbetskurvor för kälsvetsar

Δ deformationd benlängd= 2a

Brottdeformationer i kälsvetsar

6

Δult

brottdeformationd benlängd= 0 last // svetsen90 last tvärs svetsen

2a

7

Tillämpningsområde Allmänna krav Svetsbara konstruktionsstål

enligt EN 1993-1-1,

(sträckgräns mellan 235 och 460 MPa)

För material med högre hållfasthet S500-

S700 gäller EN 1993-1-12

Grundmaterial med godstjocklek minst 4 mm

Tillsatsmaterialet ska ha minst samma hållfasthets- egenskaper

som grundmaterialet enligt EN 1993-1-8

men undermatchande elektroder tillåts för S500-S700.

Reglerna täcker kälsvetsar, stumsvetsar och pluggsvetsar (de sistnämnda bör inte användas för broar).

EN 1993-1-8, 4.1 -

4.3

8

Stumsvetsar

EN 1993-1-8, 4.3.4Genomsvetsad stumsvets

Svetsning med elektroder som ger svetsgods med minst samma hållfasthet som grundmaterialet.

Svetsens bärförmåga sätts lika med bärförmågan hos den svagaste av de hopfogade delarna.

Delvis genomsvetsad stumsvets

Dimensionera som kälsvets.

Även om kraften är centrisk i plåten blir svetsen excentriskt belastad. Svetsens dimensione-

ringssnitt

påverkas av normalkraft + moment.Om plåtarna är styrda eller kraften förs in av en styv konstruktion kan svetsen betraktas som centriskt belastad.

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅=

=

22atFM

FN

9

KälsvetsarReglerna för kälsvetsar

gäller

om vinkeln mellan de delar som svetsas ihop är mellan 60º

och

120º.

Om vinkeln är mindre än 60º:

Dimensionera svetsen som delvis genomsvetsad stum-

svets.

Om vinkeln

är större än 120º:

Provning eller fasa spetsiga änden.

EN 1993-1-8, 4.3.2.1

10

Kälsvetsar. a-mått, effektiv svetslängdDefinition av a-måttet: se figur 4.3 och 4.4 på

nästa bild.

a-måttet ska vara minst 3 mm

Effektiv svetslängd, leff

: Den längd, över vilken svetsen har full dimension.

Om svetsförfarandet säkerställer fullt mått även vid start-

och stoppunkten

är leff

lika med den verkliga längden.

Annars: leff

= verklig längd –

2 gånger a-måttet.

EN 1993-1-8, 4.5.2 och 4.5.1

11

Intermittenta kälsvetsar

Mått enligt figuren.Används inte i korrosiv miljö.

12

a‐mått för kälsvets

13

Minsta effektiva svetslängd för kraftöverförande kälsvets

Den effektiva svetslängden leff

ska vara minst 30 mm och minst 6 gånger a-måttet

a-mått < 5 mm: leff

minst 30 mma-mått > 5 mm: leff

minst 6a

Dimensioneringssnittet bildas av a-måttet och den effektiva svetslängden.

EN 1993-1-8, 4.5.1

14

Bärförmåga hos kälsvetsarTvå

alternativa metoder:

Jämförelsespänning

Spänningskomposanterna av den kraft som ska överföras via svetsen beräknas och sammansätts till en jämförelsespänning. Jämförelsespänningen får högst uppgå

till

dimensioneringsvärdet för svetsgodsets hållfasthet.

Förenklad metod

Beräkningen av bärförmågan baseras på hållfasthetsvärdet vid skjuvning

(oberoende

av kraftens riktning).

EK3-1-8, 4.5.3.1

15

Kraftöverföring via dimensio- neringssnittet

EK3-1-8, Figur 4.5Normalspänningen i svetsens

längdriktning överförs inte via dimensioneringssnittet. Tas inte med vid dimensioneringen av svetsen.

Övriga spänningskomposanter sammansätts till en jämförelse-

spänning.( )222 3 llj ττσσ +⋅+= ⊥⊥

medintetasIIσ

16

Svetsgodsets hållfasthet

EN 1993-1-8, 4.5.3.2.(6)

Tillsatsmaterialets hållfasthet minst lika med grundmaterialets.

Svetsgodsets hållfasthet:

fu

grundmaterialets brottgränsfaktor som beaktar att tillsats-materialet och grundmaterialethar olika hållfasthetpartialkoefficient

För undermatchande elektroder till S500- S700 används elektrodhållfastheten.

2Mw

u

γβ ⋅f

MaterialS235 0,8S275 0,85S355 0,9S420 1,0S460 1,0

>S460 1,0

Wβ

Wβ

2Mγ

17

Dimensioneringsvillkor

EN 1993-1-8, 4.5.3.2 (6)För spänningen i dimensione- ringssnittet

gäller två villkor:

1.Jämförelsespänningen får högst uppgå

till dimensione-

ringsvärdet

för svetsgodsets hållfasthet.

2.Normalspänningen vinkel-rätt mot dimensionerings-snittet

får

högst uppgå

till dimensioneringsvärdet för grundmaterialets hållfasthet.

( )2

222 3Mw

ull

fγβ

ττσ⋅

≤+⋅+ ⊥⊥

2

9,0

M

ufγ

σ ≤⊥

18

Förenklad dimensionerings- metod

för kälsvetsar

EN 1993-1-8, 4.5.3.3

Svetsgodsets hållfasthet är lägst vid ren skjuvning.

På

säkra sidan kan man använda detta hållfasthetsvärde obero-

ende

av den överförda kraftens riktning i förhållande till dimen-

sioneringssnittet.

Hållfasthetsvärde vid ren skjuvning:

2

2

6,0

3

Mw

u

Mw

u

f

f

γβ

γβ

⋅⋅≈

≈⋅⋅

19

ExempelPlattstång 10 x120 mm infäst till HEA-pelare.Centrisk dragkraft N med dim.-värdet

260 kN.

Kälsvets

med a-måttet 4 mm.

Material i pelare och stång: S275. fu

= 430 MPa

Korrelationsfaktor för svetsgodsets hållfasthet: (EN 1993-1-8, Tabell 4.1)85,0=wβ

20

Som effektiv svetslängd, leff

, kan man t ex räkna svetsarna på

plattstångens båda långsidor.

MPa

kN

eff

v 117277410130

130)60cos(260)60cos(3

=⋅⋅

=⋅

=

=°⋅=°⋅=

laN

NNv

IIτ

Lastens vertikala komposant Nv

ger upphov till skjuvspänning

tII .

mmeff 2775,1382)60sin(

1202)60sin(

2 =⋅=°

⋅=°

⋅=bl

Lastens horisontella komposant Nh

ger upphov till spänningskomposanterna ⊥⊥ τσ och

MPa

kN

eff

h

14427742

102252

225)60sin(260)60sin(3

h =⋅⋅⋅

=⋅⋅

==

=°⋅=°⋅=

⊥⊥ laN

NN

τσ ⊥⊥ στ :: 21 FF

21

( ) ( ) MPaj 35211714431443 222222 =+⋅+=+⋅+= ⊥⊥ IIττσσ

Dimensioneringsvillkor:(EN 1993-1-8, 4.5.3.2 (6) M2

u

Mw

uj γ

σγβ

σ fochf 9,0

2

≤⋅

≤ ⊥

MPaMw

u 42220,185,0

4302

=⋅

=⋅γβfDim.värdet

för svets-

godsets

hållfasthet

Dim.värdet

för grund- materialets

hållfasthet MPa

M2

u 32220,14309,09,0

=⋅

=γ

f

Exempel

forts

OKMPaMPaOKMPaMPaj

322144422352

<=

<=

⊥σ

σ Båda villkoren uppfyllda.Svetsens bärförmåga är tillräcklig.

22

Exempel forts

Kraften 260 kN ger spänningen 352 MPaSvetsgodsets hållfasthet: 422 MPaSvetsgodsets hållfasthet är helt utnyttjad om kraften är

kN312260352422

=⋅ = svetsens bärförmåga beräknad med jämförelsespänning

Om man i stället beräknar bärförmågan med den förenklade metoden

får man

kNNMw

eff 2701027020,185,03/43027743/ 3

2

=⋅=⋅

⋅⋅=⋅

⋅⋅γβ

ufla

15,1270312

=I detta fall

ger alltså

den noggrannare

metoden en beräknad bärförmåga som är 15 % högre än den förenklade metoden.

23

Kälsvets, några specialfall

Effektiv svetslängd: leff

a-mått: a

Dim.värdet

för svetsgodsets hållfasthet:2Mw

u

γβ ⋅f

Kraft enbart i svetsens längdriktning (enbart .

Kraft enbart vinkelrätt mot svetsens längdriktning och i 45°

vinkel mot dimensio-

neringssnittet.

2

6,0Mw

ueff:Bärförmåga

γβ ⋅⋅⋅⋅

fla

2

7,0Mw

ueff:Bärförmåga

γβ ⋅⋅⋅⋅

fla

IIτ

24

F

F/2

α

σ

τ

F/2

Dubbel kälsvets, last tvärs

α

0R

R

FF

Max för α =280

är 1,154 d v s

2

82,0Mw

uwR

fAFγβ

=

OBS: om βw

> 1 så

blir dragspänningen vinkelrätt avgörande.

Om följande villkor är uppfyllda kan svetsen betraktas som genomsvetsad stumsvets.

25

taac

tc

≥+

≤

≤

nom,2nom,1

nom

nom

mm35

Svetsarna kan då

anses vara jäm- starka

med den infästa plåten.

Annars: Dimensionera som kälsvet- sar.

T‐fog

med två

delvis genom‐ svetsade

stumsvetsar

EN 1993-1-8, 4.7.3

26

Kraftfördelning i svetsförband

EN 1993-1-8, 4.9

Kraftfördelningen får baseras på

antingen elastiskt eller plastiskt verkningssätt.

Egenspänningar och spänningar som inte överförs från den ena delen till den andra via dimensioneringssnittet behöver inte tas med.

I anslutningar där man kan få

plastiska leder ska svetsarna dimensioneras för att ha minst samma bärförmåga som den svagaste av de infästa delarna

27

Kraftfördelning inom enskild svets

EN 1993-1-8, 4.9

Tillåtet att använda förenklad spänningsfördelning.

Egenspänningar behöver inte medräknas.

Normalspänningen i svetsens längdriktning behöver inte medräknas.

Vid långa svetsar, där man som en förenkling antar jämnt fördelad spänningsfördelning längs svetsen, kan man behöva beakta att spänningen i verkligheten inte är jämnt fördelad (reduktionsfaktor).

28

Exempel

Överlappsfog

Plattstång med centrisk dragkraft N.

Kälsvets

med a-måttet 4 mm längs tre kanter.

Material S275 (fu

= 430 MPa, = 0,85)

Effektiva svetslängder: leff

= 100 mm, beff

= 120 mm.

Om förbandet har tillräcklig deformationsförmåga kan bärförmågan sättas lika med summan av de enskilda svetsarnas bärförmåga.

Villkor: t ex

wβ

25,0 ≤≤ bl

29

Exempel

forts

Bärförmåga för delsvetsarna:

Längsgående svetsar:

Tvärgående svets:

Svetsgodsets hållfasthet: MPaM2w

u 42220,185,0

430=

⋅=

⋅γβf

kNeff 10142210046,04226,0 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅ la

kN14242212047,04227,0 =⋅⋅⋅=⋅⋅⋅ effba

Förbandets bärförmåga: kN3441421012 =+⋅

30

Effektiv bredd för oavstyvade

flänsar

balk svetsadför 2

balk för valsad

1

72

as

rs

ftft

k

ktstb

ypp

yff

fweff

=

=

≤=

++=

31

Långa svetsarOm man räknar med verklig spännings-

fördelning

längs svetsen: Ingen begräns- ning. (T ex svets mellan fläns och liv).

Vid överlappsfog får man som en förenk- ling

räkna med jämnt fördelad

spänning i

de längsgående svetsarna. Vid svetslängd större än 150 gånger a-måttet ska man dock beakta den ojämna fördelningen genom att multiplicera hållfasthetsvärdet med reduktionsfaktorn .

0,16,0150

2,02,1 ≤≤

⋅⋅

−= Lw,1j

Lw,1 dock ββa

L

EN 1993-1-8, 4.11 (3)

200 250

0,93 0,87a

Lj

1,Lwβ

1,Lwβ

32

Långa svetsar vid tvärgående avstyvningar EN 1993-1-8, 4.11 (4)

Svetslängd Lw

högst lika med 1,7 m:

Man får räkna med jämnt fördelad spänning.

Svetslängd över 1,7 m:

Räkna med jämnt fördelad spänning, men multiplicera bärförmågan med en reduktionsfaktor

.

0,16,017

1,1

2,

2,

≤≤

−=

Lw

wLw

dock β

β L

2,Lwβ

33

Exempel konsol

FV

H

200 250

Många spänningsfördelningar är möjliga. Den enklaste visas i figuren.Fd

= 300 kNV = F

kN 25030,0

25,0300=

⋅=H

S355 N fu

= 490 Mpa

4542,19,0

490=

⋅=wdf

Vertikal svets

4 väljmm 7,33,04546,0

300=

⋅⋅=va

Horisontala svetsar

5 väljmm 6,42,04546,0

250=

⋅⋅=ha

34

UtmattningRegler för utmattning ges i EN 1993-1-9. Reglerna liknar BSK:s men några skillnader bör noteras.

För kälsvetsar

tänks dimensioneringssnittet nedfällt till svetsens ben, se figur. Det ger högre spänningar än vid statisk dimensionering, typiskt 1,4 gånger för kraft vinkelrätt mot svetsen.

Spänning vinkelrätt svetsen

22ffwf ⊥⊥ += τσσ

fwf //ττ =

Skjuvspänning

parallell med svetsen

Dessa kontrolleras var för sig.

35

UtmattningInga svetsklasser är definierade utan krav på

svetsarna ges i detaljkategorierna.

36

Utmattning

För kälsvets

och partiell stumsvets görs två

kontroller dels för Δσw

och kategori 36* och dels för Δτw

och kategori 80. Vidare kontrolleras för brott i plåten. Asterisken betyder att kategorin får höjas till 40 om utmattningsgränsen för konstant spänningsvidd tas som 107.