Svetsade balkar. Jan Stenmark. Utveckling inom området svetsade konstruk6oner 3:e nordiska konferensen om dimensionering och 6llverkning

Transkript

1 Svetsade balkar Utveckling inom området svetsade konstruk6oner 3:e nordiska konferensen om dimensionering och 6llverkning Jan Stenmark Stockholm Waterfront

2 Balktyper Integrerade balkar typ HSQ I- eller H balkar Svetsade balkar kan även vara hybridbalkar med olika stålsorter i liv och flänsar! Lådbalkar 6ll broar

3 TvärsniN och svetsmetoder 136, , , , Klassisk HSQ I- eller H tvärsnin

4 TvärsniNsklasser Klass 1 och klass 2 kan plas6cieras fullt ut men bara tvärsnin i klass 1 kan användas vid flytledsanalys Klass 3 avser tvärsnin där spänningen i den ynersta tryckta fibern för ståltvärsninet högst kan uppnå flytgränsen med en elas6sk spänningsfördelning Klass 4 avser tvärsnin där buckling inträffar innan flytgränsen uppnås i en eller flera delar av tvärsninet. Några specialfall: 1. TvärsniN i klass 4 kan komma 6ll klass 3 beroende på spänningen i de tryckta delarna, se (9) 2. TvärsniN med livet i klass 3 och flänsarna i klass 1 eller 2 kan klassas som en tvärsnin i klass 2 med en effek6vt liv enligt Om livet inte bidrar 6ll bärförmågan för moment kan man utgå från flänsarnas bärförmåga och tvärsninsklass 4. Tryckta flänsar som styrs av betong på en sida kan korrigeras enligt EK4 5. Alla slankhetstal i Eurokod är baserade på ledad infästning i anslutande tvärsninsdelar

5 Inverkan av kringgjutning O_a är flänsar helt eller delvis kringgjutna av betong vilket styr bucklingen och gör an den kri6ska lasten blir högre. Om en tryckt tvärsninsdel är helt innesluten av betong kan den plas6cieras fullt ut! I EK 4 finns en rekommenda6on an buckling får försummas vid ensidig kringgjutning om b/t f <44ε, se Beroende på livtjocklek och radier motsvarar dena en slankhet för den tryckta flänsen på ca 20ε vilket är dubbelt så stort som gränsen för tvärsninsklass 2!

6 Momentkapacitet vid böjning I tvärsninsklass 1 och 2 används det plas6ska böjmotståndet och momentkapaciteten blir då M Rd =f y W pl I tvärsninsklass 3 används det elas6ska böjmotståndet och momentkapaciteten blir då M Rd =f y W el e L 1. Tyngdpunktsläge för det oreducerade tvärsninet 2. Tyngdpunktsläge för det effek6va tvärsninet 3. Ej verksam del I tvärsninsklass 4 används en reducerat tvärsnin, där de delar som bucklar räknas bort och momentkapaciteten blir då M Rd =f y W el,red Arbetsgången blir: Räkna fram effek6vt tvärsnin Tyngdpunktsläge, y el Tröghetsmoment, I el Elas6skt böjmotstånd W el =I el /e L där e L är avståndet 6ll flänsens medelplan

7 Hybridbalkar Bärförmågan för böjning är ungefär propor6onell mot flänsarnas sträckgräns Bärförmågan för tvärkra_ är ungefär propor6onell mot roten ur livets sträckgräns Priset på stål är också ungefär propor6onellt mot roten ur sträckgränsen!! I en hybridbalk har flänsarna högre sträckgräns än liven, t ex S420 eller S460 jämfört med S355 i liven. Lägre sträckgräns än S355 blir ändå inte billigare. F TVK 3 F f yf f yw TVK 1-2 I tvärsninsklass 3 måste man räkna bort de delar av livet där sträckgränsen överskrids på grund av par6ell flytning. Livets tvärsninsklass bör dessutom bestämmas med flänsarnas högre bärförmåga

8 Tvärkra_ Bärförmågan för tvärkra_ påverkas av hur balkens ände är ulormad EN dragfält i livet ger en horisontell kra_ i ändavslutningen. Om den kan bära den kra_en så är det styv ändavslutning, annars vek ändavslutning. I en innerstöd är det all6d styv ändavlutning då det finns en motsvarande dragspänningsfält på andra sidan stödet Figuren 6ll vänster visar skillnad mellan styv och vek ändavslutning Skillnaden i bärförmåga mellan styv och vek avslutning kan vara 20-30% vid slanka liv

9 Bärförmåga för ren tvärkra_ Om livet inte har avstyvningar och inte bucklar så är bärförmågan, V pl = f y / 3 η h w t w Observera an η=1.2 för stål upp 6ll Gränsen för an kontrollera S460. Faktorn buckling beror går på vid an stål har länare an deforma6onshårdna vid ren skjuvning

10 Skjuvbuckling Om liven är slanka måste man kontrollera skjuvbuckling Bucklingskoefficienten styr den kri6ska skjuvspänningen och påverkas av plålältets geometri. Balkar kan ha både ver6kala och horisontella avstyvningar. Normalt har man bara horisontella avstyvningar i höga balkar, minst 3 m. Man börjar med an studera plålältet fram 6ll den första avstyvningen och förutsäner an V d =R Förhållandet mellan a och h w styr bucklingskoefficienten h w V d R a

11 Skjuvbuckling forts Med hjälp av skjuvbucklingskoefficienten kan man beräkna livets slankhet Slutligen blir bärförmågan (för en liv!) V Rd = f y / 3 χ w h w t w

12 Böjning och tvärkra_ 1.0 V d /V Rd h w M d /M Rd V d / V Rd h w - Inverkan av kombinerad böjning och tvärkra_ ger generellt sen liten interak6on i svetsade balkar med tunna liv Det beror på an tvärkra_en bärs i huvudsak av liven och böjmomentet av flänsarna Beräkningsmodellen i Eurokoden baseras på antaganden an den del av livet som behövs för an bära tvärkra_en används 6ll det och resten för an bära moment Andra möjliga fördelningar är möjliga, t ex an flänsarna tar hela momentet och livet hela tvärkra_en

13 Böjning och tvärkra_ Med dessa förutsänningar kan följande samband härledas: M d / M Rd +(1 M f,rd / M Rd ) ( V d / V Rd ) 2 <1 Reglerna för interak6on mellan böjmoment och tvärkra_ är empiriska men påminner i stort om det teore6ska sambandet M d / M Rd +(1 M f,rd / M Rd ) (2 V d / V Rd 1) 2 <1

14 Böjning av flänsar q 1 q 2 m x Om lasten förs in i flänsarna så kommer de an bli belastade av en moment i tvärled och bli dragna i längsled I undersidan min för en liv är det värst då spänningarna längs och tvärs har olika tecken Böjningen i tvärled tas upp av två plas6ska spänningsblock och dragkra_en i längsled fördelas i höjdled ovanför den tryckta delen Sammantaget ger dena σ x / f y =0.5( m x / m Rd ) O_ast påverkas bara flänsar som är 12

15 Böjning av flänsar σ x /f y 1.0 Om man ritar upp interak6onssambandet så ser man an det krävs stora böjmoment i tvärled för an påverka bärförmågan m x /f y t 2 /6 Exempel: q 1 s a a=120 mm s=100 mm t=12 mm q 1 =80 kn/m Reak6onskra_en från planan antas angripa på 2/3 av månet s. m x =80 ( )=4.2 knm/m m x,el = /6=8.5 knm/m 4.2/8.5=0.49 =>Bärförmågan reduceras med ca 4%

16 Tack