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.