Hàn góc trong liên kết bản góc

Mô tả

Trong chương này, mô hình hàn góc trong liên kết bản góc được tính toán bằng CBFEM (phương pháp phần tử hữu hạn dựa trên cấu kiện) và được kiểm tra xác nhận so với phương pháp cấu kiện (CM). Bản góc được hàn vào một bản thép và chịu lực pháp tuyến. Kích thước bản góc và chiều dài mối hàn được nghiên cứu trong phân tích độ nhạy.

Mô hình giải tích

Mối hàn góc là cấu kiện duy nhất được xem xét trong nghiên cứu. Các mối hàn được thiết kế theo Chương 4 trong EN 1993-1-8:2005 để là cấu kiện yếu nhất trong nút liên kết. Khả năng chịu lực thiết kế của mối hàn góc được mô tả trong Mục 4.1. Tổng quan về các ví dụ và vật liệu được xem xét được trình bày trong Bảng 4.2.1. Hình học của các nút liên kết với kích thước được thể hiện trong Hình 4.2.1.

Tính toán theo phương pháp cấu kiện 

Tính toán thủ công này bỏ qua mô men bổ sung của mối hàn, phát sinh do sự phân phối lại lực đến các phần tiết diện chữ L theo EN 1993-1-8 (4.13).

$$\sqrt{ \sigma_{\perp}^2 + 3 \cdot \left( \tau_{\perp}^2 + \tau_{\parallel}^2\right)} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}$$

$$\sigma_{\perp} = \tau_{\perp} = 0$$

$$\tau_{\parallel} = \frac{V}{l  \cdot  a}$$

$$\sqrt{  3 \cdot \left( \tau_{\parallel} \right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}$$

$$\sqrt{  3 \cdot \left(  \frac{V}{l \cdot a}\right)^2} \leq \frac{f_u}{\beta_{\mathrm{w}} \cdot \gamma_{\mathrm{M2}}}$$

$$V = \frac{f_u  \cdot  l \cdot  a  \cdot  \beta_{\mathrm{Lw1}}}{\beta_{\mathrm{w}}  \cdot  \gamma_{\mathrm{M2}}  \cdot  \sqrt{3}}$$

Tổng khả năng chịu lực được tính là tổng khả năng chịu lực của mối hàn trên và mối hàn dưới 

$$V = V_\mathrm{top} + V_\mathrm{bottom}$$

Trong đó:

$a$ - chiều dày họng mối hàn

$V$ - lực cắt tác dụng lên dầm

$l = 2 \cdot L_\mathrm{\dots}$ - chiều dài mối hàn song song

$\beta_{\mathrm{w}}$ - hệ số tương quan lấy từ Bảng 4.1 EN 1993-1-8

$\beta_{\mathrm{Lw1}}$ - hệ số giảm mối hàn dài, EN 1993-1-8 Công thức 4.9

$f_u$ - cường độ chịu kéo đứt danh nghĩa của phần yếu hơn được liên kết

$\gamma_{\mathrm{M2}}$ - hệ số an toàn riêng phần cho mối hàn

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.2.1 Examples overview}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.1 Joint geometry with dimensions}}}$$

Mô hình số

Cấu kiện mối hàn trong CBFEM được mô tả trong Cơ sở lý thuyết chung và Cơ sở lý thuyết theo EN. Mô hình mối hàn có biểu đồ vật liệu đàn hồi - dẻo, và các đỉnh ứng suất được phân phối lại dọc theo chiều dài mối hàn.

Kiểm tra xác nhận khả năng chịu lực

Khả năng chịu lực thiết kế của mối hàn được tính bằng CBFEM được so sánh với kết quả của CM; xem Bảng 4.2.2. Hai thông số được nghiên cứu: chiều dài mối hàn và tiết diện bản góc. Hình 4.2.2 thể hiện phân tích độ nhạy của chiều dài mối hàn dưới. Chiều dài mối hàn trên a trong nghiên cứu là L_a=100mm.

 $$\textsf{\textit{\footnotesize{Tab. 4.2.2 Comparison of CBFEM and CM}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{a}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{b}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{a) Angle cleat 80×10             b) Angle cleat 160×16}}}$$

 $$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.2 Sensitivity study of bottom weld b length}}}$$

Kết quả của CBFEM và CM được so sánh, và phân tích độ nhạy được trình bày. Ảnh hưởng của chiều dài mối hàn đến khả năng chịu lực thiết kế của nút liên kết bản góc hàn được thể hiện trong Hình 4.2.2. Nghiên cứu cho thấy sự phù hợp tốt cho tất cả các cấu hình mối hàn. Để minh họa độ chính xác của mô hình CBFEM, kết quả của nghiên cứu được tổng hợp trong biểu đồ so sánh khả năng chịu lực thiết kế theo CBFEM và CM; xem Hình 4.2.3. Kết quả cho thấy tất cả các dự đoán của CBFEM đều thiên về phía an toàn so với CM, trong đó độ lệch tâm được bỏ qua.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.3 Verification of CBFEM to CM}}}$$

Ví dụ chuẩn

Dữ liệu đầu vào

Bản góc

• Tiết diện 2×L80×10
• Khoảng cách giữa các bản góc 16 mm

Bản thép

• Chiều dày t_p = 16 mm
• Chiều rộng b_p  = 240 mm

Mối hàn, hàn góc song song, xem Hình 4.2.4

• Chiều dày họng a_w  = 3 mm
• Chiều dài mối hàn trên L_w,top = 100 mm
• Chiều dài mối hàn dưới L_w,bottom = 50 mm

Kết quả đầu ra

• Khả năng chịu kéo thiết kế F_Rd = 170 kN (Cần lưu ý rằng khả năng chịu lực được tính toán sử dụng chức năng "Dừng tại biến dạng giới hạn". Do đó, khả năng chịu lực thực tế của CBFEM có thể cao hơn một chút.)

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4.2.4 Benchmark example of the welded angle plate joint with parallel fillet welds}}}$$