Hitsien neliöjuuriluokittelu Yhteisfoorumi 7.11.2014 - Tampereen messut / NWE 2014 Heikki Petteri Holopainen Chief Engineer, Boiler Structural Engineering Tel. +358 (0)40 556 0798 [email protected] Foster Wheeler Energia Oy Relanderinkatu 2 P.O. Box 201, FI-78201 Varkaus, Finland SQRT-classification of welds • There is need to classify welds according to directions they are designed to transfer loads • Classification can be based on square root term in strength formula • With this classification, it is easy to speak about different types of welds even without figures available • All welds can be classified this way Square root one welds Fw.Rd = Σal · fyd.w / √1 Square root two welds Fw.Rd = Σal · fyd.w / √2 Square root three welds Fw.Rd = Σal · fyd.w / √3 l a l a l a fyd.w = fu/(bwgM2) for √2- and √3-welds 7.11.2014 Heikki Holopainen fyd.w = 0.9fu/gM2 for √1-welds 1 How to classify • Classification is based on primary stress type in weld throat √1-weld: only normal stress s √2-weld: half-and-half normal stress s and shear stress t √3-weld: only shear stress t • Stresses are used only for classification, not for calculations s s t weld throats are marked with white color t 2 7.11.2014 Heikki Holopainen Calculation example of multiple welds • • • • Define throat thickness for equal strength weld, for which Fw.Rd ≥ Fp.R not utilizing Strength of one √2-weld Fw.Rd = 1·al · fyd.w / √2 g Strength of two √3-welds Fw.Rd = 2·al · fyd.w / √3 Fp.R = tl · fy Strength of plate M0 F (1·al / √2 + 2·al / √3) · fu / (bwgM2) ≥ tl · fy a ≥ (1/√2 + 2/√3)⁻¹ · fy / fu · (bwgM2) · t t a ≥ 0.54 · fy / fu · (bwgM2) · t • For S355 a ≥ 0.54 · 355MPa / 510MPa · (0.9·1.25) ·t a ≥ 0.42t t l l s t No need for iterative calculations 3 7.11.2014 Heikki Holopainen Block Tearing of Parent Metal • Square root classification of welds can be directly adopted to block tearing calculations of parent metal • Especially in case of square root three welds, there is usually also need to check block tearing of parent metal • Block tearing limits strength of joint: increasing weld throat thickness above this limit, does not make joint stronger • Usually there are several block tearing modes. example of block tearing of parent metal tearing of square root three welds 4 7.11.2014 Heikki Holopainen Calculation example of Block Tearing of Parent Metal Fma.R = min(Fg.R, Fp.R) Main resistance Tearing resistance Fte.R = min(Fg1.R, Fg2.R, Fp1.R) Fte.R ≥ Fma.R → Fma.R / Fte.R ≤ 100 % Length criteria Throat thickness criteria Fw.Rd ≥ Fma.R → Fma.R / Fw.Rd ≤ 100 % gM0 not utilizing • • • • Fg1.R = ((b – d)/√1 + 2l /√3) sfyg Fg2.R = (d /√1 + 2l / √3) sfyg s g = gusset plate p = pipe t t s b 7.11.2014 Heikki Holopainen Fp.R = tdm·fyp Fp1.R = 4l / √3 · tfyp s t Fg.R = bsfyg l t 5 Calculation example of Block Tearing of Parent Metal d = 100 mm pipe diameter t = 6 mm pipe wall thickness d m = 94 mm pipe mean metal diameter b = 130 mm gusset plate width s = 8 mm gusset plate thickness dm = d – t Fp.R = tdm·fyp Fg.R = bsfyg fyd.w = fu / (bwgM2) a Fma.R = min(Fg.R, Fp.R) Fp1.R = 4l / √3 · tfyp Fg1.R = (b – d + 2l / √3) sfyg Fg2.R = (d + 2l / √3) sfyg Fte.R = min(Fg1.R, Fg2.R, Fp1.R) Weld length is selected so that Fma.R / Fte.R ≤ 100 % fy = fu = FR = bw = g M2 = f yd.w = pipe gusset 235 MPa 355 MPa yield strength 360 MPa 510 MPa tensile strength 416 kN 369 kN tension resistance 0.8 0.9 correlation factor for fillet welds 1.25 1.25 partial factor 360 MPa 453 MPa weld calculation strength F ma.R = 369 kN l = F p1.R = F g1.R = F g2.R = F te.R = F ma.R / F te.R = 120 mm 391 kN 479 kN 678 kN 391 kN 94 % main resistance weld length pipe block tearing resistance gusset plate corner block tearing resistance gusset plate middle block tearing resistance Tearing resistance Weld throat thickness is selected so that Fma.R / Fw.Rd ≤ 100 % 7.11.2014 Heikki Holopainen f yd.w = 360 MPa weld design strength a = 4.0 mm weld throat thickness F w.Rd = 399 kN weld design resistance F ma.R / F w.Rd = 93 % 6 SQRT-Classification with Unit Resistances • • • • Single weld can be used to transfer several kinds of loads These cases can be solved by splitting welds to several parts Each part can be sqrt-classified in different ways Unit resistances fRd are useful for these purposes: Square root one welds f√1.Rd = n·a · fyd.w / √1 Square root two welds f√2.Rd = n·a · fyd.w / √2 Square root three welds f√3.Rd = n·a · fyd.w / √3 n = 1 for single weld n = 2 for double weld • Example: shear length lV trasfers the shear, the rest is for bending hf MEd /hf MEd VEd MEd /hf FEd VEd lV 7 7.11.2014 Heikki Holopainen Calculation Example with Overlapping Plate • • • • Unit strength of √3-welds f√3.Rd = a · fyd.w / √3 Unit strength of √2-welds f√2.Rd = a · fyd.w / √2 lV ≤ h Length for shear lV = VEd / f√3.Rd Moment resistance reduced due to the shear MV.w.Rd = ½(h +lV )·½(h –lV)·f√2.Rd + hl·f√3.Rd • Select weld throat thickness so that MEd / MV.w.Rd ≤ 100 % l a e FEd FEd ½(h –lV) lV 7.11.2014 Heikki Holopainen h ½(h +lV) VEd VEd = FEd MEd = (l +e)FEd 8 Calculation Example with Round Bar • • • • Total perimeter for shear lV = VEd / f√3.Rd Total perimeter for normal force lN = NEd / f√2.Rd Total perimeter for torsion lT = TEd / r / f√3.Rd Dimensions of part transferring bending moment a = /2 – ¼·(lV + lN + lT ) / r ec = r /a · sina • Bending moment resistance reduced due to the shear, normal force and torsion MVNT.w.Rd = 2ec · 2a r · f√2.Rd 2a 2ec MEd / MVNT.w.Rd ≤ 100 % lT e TEd NEd lV lN FEd d center of gravity of perimeter transferring bending moment 7.11.2014 Heikki Holopainen VEd = FEd MEd = eVEd r= d / 2 9 The Suggestion for new version of EN 1993-1-8 • My suggestion in ECCS TC10 meeting in 10.4.2014: extension of Simplified Method: Square root one welds f√1.Rd = n·a · fyd.w / √1 Square root two welds f√2.Rd = n·a · fyd.w / √2 Square root three welds f√3.Rd = n·a · fyd.w / √3 n = 1 for single weld n = 2 for double weld fyd.w = fu/(bwgM2) for √2- and √3-welds 7.11.2014 Heikki Holopainen fyd.w = 0.9fu/gM2 for √1-welds 10 Palautetta neliöjuuriluokittelusta Ohjeet hitsien ja niiden ympäristön mitoittamiseen vaikuttavat hyödyllisiltä Vaikutti näppärältä. Täytyy jakaa myös muille... Kannatan menetelmääsi. Saanen referoida opetustyössä Mielenkiintoiselta ja viimeistellyltä näytti! Ostan ajatuksen hitsikestävyysluokittelusta neliöjuurien perusteella! Yllättäen jopa tajusin mistä on kyse. Kovaa settiä Liitin keskeisimmän osan materiaalistasi omaan luentomateriaaliini Toivottavasti tulee standardiin ja suoraviivaistaisi toimintaa Olen laskenut myös muutamia malliesimerkkejäni vertailun vuoksi metodillasi ja todennut sen toimivan hyvin. Laskelmat lyhenevät ja selkiintyvät I have studied your slides. I think it is indeed convenient tool I have read your slides and it was very interesting and useful. Thank you to send SQRT method can be used for weld design in an economical and reasonable way Pääpiirteissään menetelmä vaikuttaa hyvin selkeältä Your work is impressive and surely a good contribution for the design of welds Aion itse käyttää ja soveltaa tätä menetelmää jatkossa 7.11.2014 Heikki Holopainen Hyviä esimerkkejä. Selventää sauman eri osien merkitystä ja korostaa eroja vanhaan menetelmään Enemmän kuin sopiva, eli pirun hyvä Kyllähän tämä hakkaa selkeydellään EN 1993-1-8:n jännityskomponenttimenetelmän Juuri tämän kaltaisia esimerkkejä tarvitaan asian havainnollistamiseksi Tämä luokittelu on kyllä hyvä. Tavallisen suunnittelijankin luulisi osaavan käyttää tuota Vaikuttaa siltä, että kehittämäsi menetelmä on toimiva ja suunnitteluystävällinen ratkaisu hitsien mitoitukseen SQRT method is a good way to design weld Kiitos arvokkaasta aineistosta. Olen miettinyt miten liitän materiaalin luentoihini Tämä vaikuttaa mielestäni hyvältä ja tarkalta menetelmältä, ollen samalla käytännöllinen ja yksinkertainen Mielestäni erittäin käyttökelpoinen menetelmä It is very useful. I have shared it in our group Toivoa sopisi, että tämä lähestymistapa siirtyisi myös jollain aikataululla suoraan Eurocode 3:een www.fwc.com
© Copyright 2024 ExpyDoc
