Sprawdzenie normowe spoin (AISC)

Spoiny pachwinowe są sprawdzane zgodnie z AISC 360 - Rozdział J2. Wytrzymałość spoin czołowych CJP przyjmuje się jako równą wytrzymałości materiału podstawowego i nie jest sprawdzana.

Spoiny pachwinowe

Wartość obliczeniowa wytrzymałości, ϕR_n, oraz dopuszczalna wytrzymałość, R_n/Ω, złączy spawanych są wyznaczane w ramach sprawdzenia normowego spoin połączenia.

ϕ = 0.75    (Metoda współczynników obciążeń i nośności, LRFD, edytowalne w ustawieniach normy)

Ω = 2.00    (Metoda dopuszczalnych naprężeń, ASD, edytowalne w ustawieniach normy)

Dostępna wytrzymałość złączy spawanych jest wyznaczana zgodnie z AISC 360-16 – J2.4

R_n = F_nw A_we

F_nw = 0.6 F_EXX (1.0 + 0.5 sin^1.5θ )

gdzie:

• F_nw – nominalne naprężenie materiału spoiny
• A_we – efektywna powierzchnia spoiny
  • A_we = Lc*Th
• F_EXX – numer klasyfikacyjny elektrody, tj. minimalna określona wytrzymałość na rozciąganie
• θ – kąt wyznaczony między osią podłużną spoiny a kierunkiem wypadkowej siły działającej w najbardziej wytężonym elemencie skończonym spoiny.

Należy zauważyć, że kierunkowy wzrost wytrzymałości nie jest stosowany dla spoin, w których łączony jest brzeg prostokątnego zamkniętego przekroju stalowego (AISC 360-16:2022 – J2.4.(2).

Wytrzymałość materiału podstawowego jest wyznaczana, jeśli odpowiednia opcja jest zaznaczona w ustawieniach normy (Nośność materiału podstawowego na powierzchni wtopienia).

R_n = F_nBM A_BM – AISC 360-16 – J2.4 (J2-2)

gdzie:

• F_nBM = 0.6 F_u – nominalna wytrzymałość materiału podstawowego – AISC 360-16 – J4.2 (J4-4)
• \( A_{BM}=A_{we}\sqrt{2} \) – pole przekroju poprzecznego materiału podstawowego
• F_u – minimalna określona wytrzymałość na rozciąganie

Wszystkie wartości wymagane do sprawdzenia są wydrukowane w tabelach.

gdzie:

• Xu – zastosowana elektroda spawalnicza 
• Th – grubość gardła spoiny (obliczona na podstawie Ls)
• Ls – wymiar nogi spoiny (dane wejściowe użytkownika)

• \(L\) – całkowita długość spoiny
• \(L_c\) – długość krytycznego elementu spoiny
• Loads – krytyczny efekt obciążenia dla analizowanej spoiny
• \(F_n\) – siła w krytycznym elemencie spoiny
• \(\phi\)Rn – nośność spoiny
• Ut – stopień wykorzystania krytycznego elementu spoiny

Siła, \(F_n\), oraz kąt spoiny, \(\theta\), są wyznaczane na podstawie naprężeń \( \sigma_{\perp}, ,\ \tau_{\perp}, \, \tau_{\parallel}\), długości i efektywnej powierzchni elementu skończonego spoiny. Naprężenia te stanowią podstawowe wyniki solvera elementów skończonych.

Wykresy spoin przedstawiają naprężenia zgodnie z następującymi wzorami:

Jeśli materiał podstawowy jest dezaktywowany (stosowana jest elektroda dopasowana):

\[ \sigma = \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{1+0.5 \sin^{1.5}{\theta}} \]

Jeśli materiał podstawowy jest aktywowany (elektroda dopasowana nie jest stosowana):

\[ \sigma = \max \left \{  \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{1+0.5 \sin^{1.5}{\theta}}, \, \frac{\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2 }}{\sqrt{2} F_u / F_{EXX}} \right \} \]

Uwaga dla użytkownika: W IDEA StatiCa, gdy wymiar nogi spoiny jest wprowadzony jako 0, stosowana jest następująca wartość:

• Dla jednostronnej spoiny pachwinowej grubość gardła spoiny jest równa grubości cieńszej łączonej blachy.
• Dla dwustronnej spoiny pachwinowej grubość gardła spoiny jest równa połowie grubości cieńszej łączonej blachy.

Spoiny czołowe CJP

Tabela J2.5 normy AISC wyróżnia cztery przypadki obciążeń, które mogą być związane ze spoinami czołowymi, i wskazuje, że wytrzymałość złącza jest albo kontrolowana przez materiał podstawowy, albo obciążenia nie muszą być uwzględniane przy projektowaniu spoin łączących elementy. W związku z tym, gdy spoiny czołowe z pełnym przetopem (CJP) są wykonywane z materiałem wypełniającym o dopasowanej wytrzymałości, wytrzymałość połączenia jest wyznaczana przez materiał podstawowy i nie są wymagane żadne sprawdzenia wytrzymałości spoiny.

Spoiny czołowe PJP

Wartość obliczeniowa wytrzymałości, ϕR_n, oraz dopuszczalna wytrzymałość, R_n/Ω, spoiny czołowej PJP są wyznaczane zgodnie z AISC 360-22 – Tabela J2.5). Przyjmuje się najbardziej konserwatywny przypadek – typ obciążenia przez ścinanie. 

ϕ = 0.75    (Metoda współczynników obciążeń i nośności, LRFD, edytowalne w ustawieniach normy)

Ω = 2.00    (Metoda dopuszczalnych naprężeń, ASD, edytowalne w ustawieniach normy)

Dostępna wytrzymałość złączy spawanych jest wyznaczana zgodnie z AISC 360-16 – J2.4

R_n = F_nw A_we

gdzie:

• F_nw = 0.6 F_EXX – nominalne naprężenie materiału spoiny
• A_we – efektywna powierzchnia spoiny
  • A_we = L_c E 
• F_EXX – numer klasyfikacyjny elektrody, tj. minimalna określona wytrzymałość na rozciąganie
• L_c – długość krytycznego elementu spoiny
• E – efektywna grubość gardła spoiny PJP

Wytrzymałość materiału podstawowego jest wyznaczana, jeśli odpowiednia opcja jest zaznaczona w ustawieniach normy (Nośność materiału podstawowego na powierzchni wtopienia).

R_n = F_nBM A_BM – AISC 360-22 – J2.4 (J4)

gdzie:

• F_nBM = 0.6 F_u – nominalna wytrzymałość materiału podstawowego – AISC 360-22 – J4.2 (J4-4)
• \( A_{BM}=A_{we} \) – pole przekroju poprzecznego materiału podstawowego przyjęte jako równe efektywnej powierzchni spoiny
• F_u – minimalna określona wytrzymałość na rozciąganie materiału podstawowego