Thiết kế mối hàn theo Eurocode 3 - Tiết diện, ứng suất & EN 1993-1-8

Chiều cao tính toán

Mối hàn góc được kiểm tra không phải trên cạnh nhìn thấy mà trên chiều cao tính toán - mặt phẳng hẹp nhất qua mối hàn, nơi giả định xảy ra phá hoại. Với mối hàn cạnh đều cạnh $s$:

Mọi ứng suất thiết kế tác dụng trên diện tích $A_w = a\,L_{eff}$, với $L_{eff}$ là chiều dài hiệu dụng (toàn bộ chiều dài với mối hàn liên tục; nhân đôi với mối hàn hai phía). Chính chiều cao tính toán - không phải cạnh - quyết định khả năng của mối hàn.

Cạnh $s$ là kích thước ghi trên bản vẽ - thường 4 đến 12 mm, và ít nhất tương đương chiều dày phần nối mỏng hơn để mối nối nguội mà không nứt - còn chiều cao suy ra từ hệ số 0,707. Chiều dài hiệu dụng bỏ qua phần lồi đầu và cuối nơi mối hàn chưa đủ kích thước: với đầu không hàn vòng quanh góc, thường trừ một chiều cao ở mỗi đầu, và mối hàn ngắn hơn giá trị lớn hơn giữa 30 mm hoặc sáu lần cạnh được coi là không chịu lực. Chính các giới hạn cấu tạo này khiến một mối hàn dài và nhỏ thường hiệu quả hơn một mối hàn ngắn và dày - khả năng tỉ lệ với chiều dài, trong khi mối hàn dày thêm nhiệt, biến dạng và chi phí.

Ứng suất trên tiết diện hàn

Lực tác dụng được phân thành ba thành phần trên mặt tiết diện: ứng suất pháp $\sigma_\perp$, ứng suất cắt ngang $\tau_\perp$ (vuông góc trục hàn) và ứng suất cắt dọc $\,\tau_\parallel$ (dọc trục hàn). Lực vuông góc với mối hàn ở 45° so với tiết diện cho $\,\sigma_\perp = \tau_\perp$.

Phương pháp định hướng (EN 1993-1-8 §4.5.3.2)

Phương pháp định hướng tổ hợp các ứng suất tiết diện và kiểm tra hai điều kiện với cường độ tính toán mối hàn$\,f_{vw,d}$:

Vì ứng suất cắt dọc $\tau_\parallel$ nằm dưới hệ số 3 thay vì tác dụng độc lập, phương pháp định hướng có lợi cho mối hàn chịu lực dọc theo chiều dài và thường ít thiên về an toàn hơn phương pháp đơn giản bên dưới - hữu ích khi mối hàn huy động hết và cần tận dụng mọi khả năng. Điều kiện thứ hai giới hạn riêng ứng suất pháp $\sigma_\perp$, nên mối hàn chịu kéo thuần qua tiết diện không bao giờ hưởng lợi từ công thức tổ hợp.

Phương pháp đơn giản (§4.5.3.3)

Phương pháp đơn giản bỏ qua phương: hợp lực thiết kế trên đơn vị chiều dài $F_{w,Ed}$ không được vượt khả năng trên đơn vị chiều dài $F_{w,Rd} = f_{vw,d}\,a$. Nhanh hơn và luôn an toàn ít nhất bằng phương pháp định hướng.

Hệ số tương quan β_w

Hệ số tương quan $\beta_w$ (EN 1993-1-8 Bảng 4.1) phụ thuộc mác thép:

Mối hàn giáp mép (§4.7)

Mối hàn giáp mép ngấu hoàn toàn với que hàn tương hợp đạt cường độ kim loại cơ bản yếu hơn - không cần kiểm tra mối hàn riêng; kiểm tra kim loại cơ bản (von Mises với $f_y/\gamma_{M0}$). Mối hàn giáp mép ngấu một phần được thiết kế như mối hàn góc ngấu sâu trên chiều cao tính toán $a_{eff}$.

Nhóm mối hàn - phương pháp "mối hàn như một đường"

Khi một nhóm mối hàn (hộp, chữ C, hai đường) chịu lực trong mặt phẳng và mô men xoắn, cách kinh điển coi mối hàn là đường có tiết diện đơn vị. Tính chiều dài nhóm $L$, trọng tâm và mô men cực của đường hàn$\,I_p = I_y + I_z$. Lực trực tiếp trên đơn vị chiều dài là $f_{dir} = F/L$; xoắn thêm$\,f_{tor} = M\,r_{\max}/I_p$ tại điểm xa nhất. Hai thành phần cộng vectơ tại góc bất lợi nhất cho hợp lực đỉnh trên đơn vị chiều dài, chia cho tiết diện thực thành ứng suất kiểm tra với cùng giới hạn của tiêu chuẩn:

Chọn dạng nhóm hàn ở tab Nhóm mối hàn và nhập kích thước hộp cùng tải trọng trong mặt phẳng để có mức huy động lớn nhất.