Thiết kế mối hàn theo Eurocode 3 - Tiết diện, ứng suất & EN 1993-1-8
Lý thuyết đằng sau chế độ Eurocode 3 của Tool: chiều cao tính toán, ứng suất pháp và cắt trên tiết diện, hai cách kiểm tra EN 1993-1-8 - phương pháp định hướng và đơn giản - hệ số tương quan β_w, và mối hàn giáp mép.
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:
a=2s≈0.707s
Fillet weld - leg size s and effective throat a = s/√2
Mọi ứng suất thiết kế tác dụng trên diện tích Aw=aLeff, với Leff 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.
Ứng suất trên tiết diện hàn
Lực tác dụng được phân thành ba thành phần trên mặt tiết diện: ứng suất pháp σ⊥, ứng suất cắt ngang τ⊥ (vuông góc trục hàn) và ứng suất cắt dọc τ∥ (dọc trục hàn). Lực vuông góc với mối hàn ở 45° so với tiết diện cho σ⊥=τ⊥.
Stresses on the throat plane: σ⊥ (normal), τ⊥ (transverse shear), τ∥ (longitudinal shear)
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 hànfvw,d:
σ⊥2+3(τ⊥2+τ∥2)≤fvw,d=βwγM2fu
σ⊥≤γM20.9fu
với fu là cường độ cực hạn của phần nối yếu hơn, γM2=1.25 vàβw là hệ số tương quan. Phương pháp này có lợi cho mối hàn chịu lực dọc và thường ít thiên về an toàn hơn.
Phương pháp đơn giản (§4.5.3.3)
Phương pháp đơn giản bỏ qua phương: hợp lực thiết kế trên đơn vị chiều dài Fw,Ed không được vượt khả năng trên đơn vị chiều dài Fw,Rd=fvw,da. Nhanh hơn và luôn an toàn ít nhất bằng phương pháp định hướng.
Fw,Ed≤Fw,Rd=fvw,da
Hệ số tương quan β_w
Hệ số tương quan βw (EN 1993-1-8 Bảng 4.1) phụ thuộc mác thép:
Mác thép
β_w
S235
0.80
S275
0.85
S355
0.90
S420 / S460
1.00
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 fy/γM0). Mối hàn giáp mép ngấu một phần được thiết kế như mối hàn góc ngấu sâu trên chiều cao tính toán aeff.
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 hànIp=Iy+Iz. Lực trực tiếp trên đơn vị chiều dài là fdir=F/L; xoắn thêmftor=Mrmax/Ip 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:
fres=fdir+ftor,τ=afres
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.
Câu hỏi thường gặp
Theo EN 1993-1-8, mối hàn góc được kiểm tra trên tiết diện tính toán. Trước hết tính chiều cao a = s/√2 từ cạnh s, rồi diện tích A_w = a·L. Phân tích lực tác dụng thành ứng suất pháp σ⊥, ứng suất cắt ngang τ⊥ và ứng suất cắt dọc τ∥ trên tiết diện. Phương pháp định hướng yêu cầu √(σ⊥² + 3(τ⊥² + τ∥²)) ≤ f_u/(β_w·γ_M2) và σ⊥ ≤ 0,9·f_u/γ_M2. Tool này kiểm tra cả hai điều kiện cùng phương pháp đơn giản.
Chiều cao tính toán a là khoảng cách ngắn nhất từ chân đến mặt mối hàn - mặt phẳng giả định mối hàn bị phá hoại. Với mối hàn góc cạnh đều 90° cạnh s thì a = s/√2 ≈ 0,707·s. Mọi ứng suất mối hàn góc theo Eurocode tác dụng trên diện tích tiết diện này, không phải trên mặt cạnh.
Cả hai nêu trong EN 1993-1-8 §4.5.3. Phương pháp định hướng phân lực thành các thành phần pháp tuyến và song song với tiết diện rồi tổ hợp √(σ⊥² + 3(τ⊥² + τ∥²)) ≤ f_vw,d - ít thiên về an toàn hơn và có lợi cho mối hàn chịu lực dọc. Phương pháp đơn giản bỏ qua phương và chỉ yêu cầu hợp lực trên đơn vị chiều dài F_w,Ed ≤ F_w,Rd = f_vw,d·a - nhanh và luôn an toàn. Tool báo cả hai.
β_w là hệ số tương quan của mối hàn góc theo EN 1993-1-8 Bảng 4.1, làm giảm cường độ tính toán f_vw,d = f_u/(β_w·γ_M2). Phụ thuộc mác thép: 0,80 cho S235, 0,85 cho S275, 0,90 cho S355 và 1,00 cho S420/S460.
Chọn mối hàn sao cho mức huy động lớn nhất ≤ 1,0. Tăng cạnh s (làm tăng chiều cao a và khả năng) hoặc chiều dài L cho đến khi cả hai kiểm tra đạt. Cũng có giới hạn cấu tạo (thường cạnh tối thiểu ~3 mm, và không vượt phần mỏng hơn được nối). Nhập giá trị thử vào Tool để đọc mức huy động.
Sẵn sàng kiểm tra mối hàn theo Eurocode 3? Nhập cạnh, chiều dài và lực để có ứng suất tiết diện, khả năng chịu lực và kết luận ĐẠT/KHÔNG ĐẠT.
