1. Standardberechnungsvorgang
Prüft die Verbindungsfestigkeit anhand einer Standardberechnungsmethode durch direkten Vergleich der berechneten normalen, Schub- oder resultierenden reduzierten Spannung mit der zulässigen Spannung. Unter Berücksichtigung des Typs der Schweißverbindung, der Konstruktion und der Belastung (das heißt unter Berücksichtigung der wirkenden Spannung) kann die Festigkeitskontrolle mit den folgenden Formeln definiert werden.
σ ≤ σ Al , τ≤τ Al , σ R ≤σ Al
Dabei gelten folgende Formeln für die zulässige Belastung der Schweißverbindung (unter Berücksichtigung der erforderlichen Sicherheit):
s Al = S Y / n s or t Al = S Y / n s .
Die Stärke der zulässigen Belastung (und damit auch die erforderliche Mindestsicherheit der Verbindung) ist von der Art der wirkenden Spannung abhängig. Beispiele: Typ, Konstruktion und Belastung der Schweißverbindung.
Diese Methode eignet sich für erfahrene Benutzer, die je nach Typ, Konstruktion und Nahtbelastung den erforderlichen Mindestwert des Sicherheitskoeffizienten der Schweißverbindung richtig einschätzen können.
2. Spannungsvergleichsmethode
Wenn die Festigkeitskontrolle mit dieser Methode erfolgt, wird die zulässige Spannung mit der Referenzhilfsspannung verglichen. Diese errechnet sich aus den berechneten Teilspannungen unter Verwendung von Konversionskoeffizienten der Schweißnaht. Zur Beschreibung der Festigkeitskontrolle kann die Formel s S ≤ s Al verwendet werden, bei der die zulässige Belastung der Schweißnaht wie folgt ist: s Al = S Y / n s .
Bei Verwendung empirischer Konversionskoeffizienten werden die Auswirkungen unterschiedlicher Belastungsarten auf die Sicherheit der Schweißnaht in der berechneten Referenzbelastung berücksichtigt. Unabhängig von Typ, Konstruktion und Belastung der ausgewählten Schweißverbindung können Sie mit nur einem Wert für den Sicherheitskoeffizienten arbeiten. Bei Verwendung der Methode der Referenzspannungen liegt der empfohlene Mindestwert für den Sicherheitskoeffizienten innerhalb des Intervalls n S =< 1.25...2>.
Diese Methode eignet sich für weniger erfahrene Benutzer.
Parameter für die Berechnung von Schweißverbindungen
1. Gesamte und tragende (aktive) Nahtlänge
Die Größe des tragenden Querschnitts der Schweißnaht wirkt sich grundlegend auf die Festigkeit der Schweißverbindung aus. Im Allgemeinen ist dieser Wert ein Vielfaches der Nahtlänge und -höhe (Dicke). Bei einer letztlichen Reduzierung des Bereichs am Anfang und am Ende der Naht sollten in präziseren Berechnungen der tragenden Länge im angegebenen Bereich nur die verschweißten Bauteile verwendet werden.
Die tragende Nahtlänge wird über die Formel L' = L - 2s bei Stumpfnähten bzw. L' = L - 2a bei Kehlnähten berechnet.
Dabei gilt:
|
s |
Geringere Dicke von verschweißten Bauteilen |
|
|
a |
Höhe der Kehlnaht |
Empfohlene tragende (aktive) Länge der Kehlnaht liegt im Bereich L' =< 3a...35a>.
Dieser Schalter wirkt sich nicht auf Außennähte aus, bei denen die tragende Nahtlänge immer mit der gesamten Nahtlänge identisch ist.
2. Stärke des Flansches und des Stegs werden vernachlässigt
Die Stärke des Flansches und des Stegs kann in Berechnungen mit Kehlnähten verbundener T- oder I-Profilträger vernachlässigt werden. Bei Standardprofilen ist das Verhältnis zwischen Flansch- oder Stegdicke und Trägerbreite klein. Aus diesem Grund ist die Berechnung auch bei Vernachlässigung der Dicke ausreichend genau.
Es empfiehlt sich, diese Berechnungsoption bei präzisen Berechnungen oder Spezialprofilen (mit größerer Flansch- oder Stegdicke) zu deaktivieren.
3. Verteilung der Scherspannung wird berücksichtigt
Bei durch Kehlnähte verbundenen und durch Schubkraft belasteten Trägern sowie bei präziseren Berechnungen ist es empfehlenswert, in den Berechnungen für den belasteten Bereich nur solche Schweißnähte zu berücksichtigen, die nach der Theorie der Scherspannungsverteilung die Schubkraft übertragen. Nach dieser Theorie wird die Schubkraft nur von Schweißnähten übertragen, die parallel zur Spannungsrichtung liegen. Die Scherspannung wird dann über die Formel t = F Y / A s berechnet. Dabei gilt:
|
F y |
Schubkraft |
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A s |
Reduzierter tragender Bereich der Schweißnahtgruppe |
4. Nur der positive Spannungswert aus dem Biegemoment wird berücksichtigt
Bei durch Kehlnähte verbundenen und durch Biegemoment belasteten Trägern wird die Normalspannung in der Schweißnaht erzeugt. Unten sehen Sie eine Abbildung des Spannungsdiagramms.
Die Maximalspannung wird an den äußeren Punkten der Schweißnahtgruppe erzeugt, das heißt an den von der neutralen Achse am weitesten entfernten Punkten. Bei symmetrisch entlang der neutralen Achse verlaufenden Nähten ist die Stärke dieser Spannungen identisch. Bei nicht symmetrischen Schweißnähten kann die Druckspannung größer sein. Normalerweise ermittelt das Programm während der Festigkeitskontrolle unabhängig von der Spannungsrichtung einen höheren Wert an diesen Spitzen. In diesem Fall handelt es sich dabei um die Druckspannung.
Wenn die Tragkraft der Schweißverbindung berücksichtigt wird, hat die Zugspannung bei einem solchen Träger eine wesentlich größere Bedeutung. Dieser Schalter unterdrückt die Druckspannungskontrolle und ermöglicht auch bei höherer Zugspannung in der Naht nur die Kontrolle des maximalen Zugspannungswerts.
Dieser Schalter kann nur für statische Berechnungen verwendet werden, da zwischen dem positiven oder negativen Wert der Ermüdungsberechnung keine Differenz besteht und zur Berechnung stets die Maximalspannungen in der Schweißnaht herangezogen werden.