Przez ostatnie kilkadziesiąt lat naprężenia w spoinach pachwinowych podlegały licznym modyfikacją. Poszukiwano rozwiązania, które najlepiej odwzorowałoby ich pracę. Po ciężkich i licznych iteracjach Eurokod 3 przedstawił dwie metody określenia nośności spoin pachwinowych w założonych stanach naprężenia. Pierwsza z nich dokładna zwana metodą kierunkową oraz druga uproszczona.

Metoda kierunkowa

Jako pierwszą omówmy metodę dokładną (kierunkową) określania nośności spoin pachwinowych w złożonych stanach naprężenia. Niewątpliwie metoda ta najlepiej odzwierciedla rzeczywisty mechanizm eksploatacyjnego pękania spoin pachwinowych. Swoje fundamenty opiera na hipotezie Hubera-Misesa-Hencky’ego. Według niej o wytężeniu materiału w danym punkcie ciała decyduje gęstość energii odkształcenia postaciowego, niezależnie od rodzaju stanu naprężenia.

Hipoteza Hubera-Misesa-Hencky'ego - spoiny

ν – współczynnik Poissona,
E – moduł sprężystości,
σ1, σ2, σ3 – naprężenia główne,

W związku z tym warunek bezpiecznego stanu przyjmuje następującą formę:

Warunek stanu bezpiecznego - spoiny

lub

Warunek stanu bezpiecznego - spoiny - osie x i y

σx, σy, σz – naprężenia normalne w układzie osi (x,y,z),
Ʈxy, Ʈxz, Ʈyz – naprężenia ścinające w układzie osi (x,y,z)

Zgodnie z zapisami Eurokodu 3 siły przenoszone przez spoinę o długości jednostkowej rozkłada się na składowe równoległą i prostopadłe do osi podłużnej spoiny oraz składowe normalną i styczne do płaszczyzny jej przekroju.

Nośność spoin

σ – naprężenie normalne prostopadłe do przekroju spoiny
σII – naprężenie normalne równoległe do osi spoiny
τ – naprężenie styczne ( w płaszczyźnie przekroju ) prostopadłe do osi spoiny
τII – naprężenie styczne ( w płaszczyźnie przekroju) równoległe do osi spoiny

Naprężeń normalnych σII równoległych do osi nie uwzględnia się przy sprawdzaniu nośności spoiny. Zgodnie z powyższym oraz zerując odpowiednia naprężenia w hipotezie H-M-H otrzymujemy wzór zgodny z Eurokodem 3:

Metoda kierunkowa obliczania nośności spoin

fu – nominalna wytrzymałość na rozciąganie słabszej z łączonych części
βw – odpowiedni współczynnik korelacji, uwzględniający właściwości mechaniczne materiału
spoiny w stosunku do materiału spawanego
ϒM2 – współczynnik bezpieczeństwa

Eurokod 3 przedstawia jeszcze jedno dodatkowe wymaganie dotyczące naprężenia normalnego prostopadłego do płaszczyzny przekroju spoiny, a mianowicie:

Przekrój spoiny

Ostatnią ważną rzeczą, o której należy wspomnieć to pole przekroju spoiny. Bez wątpienia ogrywa ono szczególną rolę przy sprawdzaniu nośności spoin innych niż pachwinowe. Należy je wyznaczyć zgodnie z poniższym wzorem:

Pole przekroju spoiny

a – grubość spoiny
leff – efektywna długość spoiny, tj. długość, na której spoina posiada pełny przekrój

Skoro znamy już przepis warunku bezpiecznego oraz sposób wyznaczenia pola przekroju spoiny dla spoin pachwinowych, przejdźmy do omawiania postępowania w przypadkach gdy spoina, z którą mamy do czynienia nie jest pachwinowa. Co wtedy? Czy Eurokod 3 oferuje nam wskazówki również w tym zakresie? Odpowiedź brzmi tak!

Spoiny czołowe z pełnym lub niepełnym przetopem

Tak jak w przypadku spoin pachwinowych tak i tu, w przypadku spoin czołowych z pełnym przetopem, nośność obliczeniową przyjmuje się równą nośności obliczeniowej słabszej z łączonych części. Oczywiście warunkiem jest aby spoina została wykonana z odpowiedniego materiału wykazującego minimalną granicę plastyczności oraz minimalną wytrzymałość nie mniejsze od wartości nominalnych dla materiału rodzimego.

W przypadku spoin czołowych z niepełnym przetopem ograniczeniem jest grubość spoiny, która nie może być większa od głębokości przetopu jaki może zostać regularnie uzyskany.

Warto również wspomnieć, że dla złączy teowych z dwiema spoinami czołowymi z niepełnym przetopem i nadbudowanymi spoinami pachwinowymi nośność obliczeniową złącza wyznacza się jak dla spoin czołowych z pełnym przetopem. Niewątpliwie, w tym przypadku warunkiem jest zapewnienia odpowiedniej nominalnej grubości spoiny oraz odpowiedniej szerokości niezespawanej szczeliny. Jeśli powyższe ograniczenia nie zostaną spełnione grubość spoiny należy określić zgodnie z zaleceniami jak dla spoin pachwinowych lub czołowych z niepełnym przetopem.

Spoiny czołowe z niepełnym przetopem

Metoda uproszczona

Drugą z metod obliczania nośności spoin pachwinowych, którą oferuje nam Eurokod 3 jest metoda uproszczona. Zgodnie z nią niezależnie od położenia płaszczyzny przekroju spoiny względem działającej siły, nośność obliczeniowa na jednostkę długości jest określana wzorem:

Metoda uproszczona obliczania nośności spoin

fvw,d – obliczeniowa wytrzymałość spoiny na ścinanie

Obliczeniowa wytrzymałość spoiny na ścinanie

fu – nominalna wytrzymałość na rozciąganie słabszej z łączonych części
βw – odpowiedni współczynnik korelacji, uwzględniający właściwości mechaniczne materiału
spoiny w stosunku do materiału spawanego

Warto wiedzieć, że metoda ta przewiduje występowanie naprężeń stycznych w trzech, wzajemnie prostopadłych kierunkach. W skutek swojej niedokładności prowadzi do znacznego, kilkunastoprocentowego, a nawet kilkudziesięcioprocentowego przewymiarowania spoin. Eurokod 3 dopuszcza tą metodę, gdyż nie wymaga rozkładu sił działających na spoinę.

ZOSTAW ODPOWIEDŹ

Proszę wpisać swój komentarz!
Proszę podać swoje imię