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Cisca Tjoa, PE

30. Dezember 2024

KB001925 | AISC-Kehlnahtbemessung in RFEM 6

Name: KB001925 | AISC-Kehlnahtbemessung in RFEM 6
Uploaded: 2024-12-30T00:00:00.000+01:00

Thema:
AISC-Kehlnahtbemessung in RFEM 6

Kommentar:
Die Spannungen von Schweißnähten zwischen Flächen können in RFEM 6 mit dem Add-On Spannungs-Dehnungs-Berechnung ermittelt werden. Des Weiteren kann die nach der Norm ermittelte Spannungsgrenze eingegeben werden, um das Spannungsverhältnis der Schweißnaht zu bestimmen. Dieser Beitrag konzentriert sich auf die Kehlnahtbemessung nach AISC 360-22 [1] anhand von zwei Beispielen aus AISC Band 1: Bemessungsbeispiele [2].

Beschreibung:

KB 001925 | AISC-Entwurf von Kehlnähten in RFEM 6

AISC-Entwurfsbeispiele J.1 & J.2A

AISC Beispiel J.1 Kehlnaht unter Längsschub

Wie in Abbildung 1 oben dargestellt, wird ein ¼ inch dickes Blech mit einem 3/8 inch dicken Blech verschweißt. Die Platten sind ASTM A572 Grade 50. Schweißnaht: 70 ksi Elektroden, Schenkelgröße 3/16 inch, 68,5 mm lang.

Es sind verschiedene Anschlusstypen verfügbar, u. a. Stumpf-, Eck-, Überlapp- und T-Stoß. Für das erste Beispiel werden Überlappungsstoß und einzelne Ausrundung gewählt (Bild 2). Die Anordnung der Schweißnaht steuert, ob die Schweißnaht an der angeschlossenen Fläche auf der Unterseite oder auf der Oberseite angeordnet wird. Es erscheint eine Fehlermeldung mit dem Hinweis, die Orientierung umzukehren, wenn die Vorauswahl falsch ist. Als Schweißnahtgröße ist die Nahtdicke von 3/16 inch x 0.707 = 0.13256 inch einzugeben. Wählen Sie zuerst die Linie für die Schweißnaht und dann die beiden Flächen, die verbunden werden sollen. Die Länge der Schweißnaht ist gleich der Gesamtlänge der gewählten Linie(n).

KB 001925 | AISC Kehlnähtgestaltung in RFEM 6

Geschweißte Kehlnahtverbindung für Beispiel J.1

Unter dem Ordner Spannungs-Dehnungs-Berechnung kann die voreingestellte Linienschweißverbindungs-Konfiguration bearbeitet werden (Bild 3). Deaktivieren Sie die Spannungsarten, die nicht relevant sind.

KB 001925 | AISC Kehlnahtbemessung in RFEM 6

Konfigurationen für linienförmige Schweißverbindungen

Die Grenzspannung kann nach AISC Gleichung J2-4 (ohne den Schweißnahtbereich) für die LRFD-Bemessung berechnet werden. Dieser Wert wird dann mit der resultierenden Spannung s |j+s+w| verglichen.

\emptyset R_{n} = \emptyset \cdot β \cdot F_{nw} \cdot k_{ds}

\emptyset R_{n} = 0.75 \cdot 0.912 \cdot (0.60 \cdot 70 ksi) \cdot 1.0

\emptyset R_{n} = 28.7 ksi

φ	LRFD-Widerstandsfaktor
β	Abminderungsfaktor = 1,2 - 0,002(27,0-in/0,1875-in) ≤ 1,0
F_nw	Nennspannung des Schweißnahtmetalls, ksi
k_ds	Richtungsfestigkeitssteigerungsfaktor (1.0 für Längsrichtung)

Grenzschweißnahtspannung nach AISC

Die 'Spezielle Optionen' (Bild 04) bietet die Möglichkeit, die lokalen Spannungsspitzen über die Länge der Schweißnaht umzuverteilen. Wählen Sie für die Querkraft- und Normallasten "Konstant" aus. Bei den Biegelasten wählen Sie 'Ohne', um das ungewollte Moment in der resultierenden Spannung zu ignorieren.
Es stehen die vereinfachten und richtungsbezogenen Spannungsnachweisverfahren gemäß EN 1993-1-8 [3] zur Verfügung. Wählen Sie für dieses Beispiel das Verfahren 'Vereinfacht'.

KB 001925 | AISC Kehlschweißnaht-Auslegung in RFEM 6

Spezielle Optionen

Nach der Berechnung können Sie über das Pulldown-Menü Spannungen in Liniennähten das Spannungsergebnis einsehen (Bild 5). Das Spannungsverhältnis aus dem AISC-Beispiel beträgt 200 kips/206 kips = 0.971. Dies ist vergleichbar mit der Spannungsausnutzung von 1,0 in RFEM.

KB 001925 | AISC Kehlnähtbemessung in RFEM 6

Spannungen in Liniennähten Ergebnis beispielsweise J.1

AISC-Beispiel J.2A Kehlnaht unter Winkel belastet

In diesem zweiten Beispiel ist ein 3/4 Zoll dickes Knotenblech an der Oberseite des Trägerflansches angeschweißt (ein 1,0 Zoll dicker Flansch und Steg werden im Modell angenommen). Die Lasten werden in einem Winkel von 60° zur Nahtlängsachse angesetzt. Die Platten sind ASTM A572 Grade 50. Schweißnaht: Elektroden 70 ksi, Schenkelgröße 5/16 inch, 15,4 inches lang (Bild 01).

Analog zum oben gezeigten Workflow erstellen Sie eine neue Linienschweißverbindung. T-Stoß und doppelte Ausrundung wählen (Bild 06) Als Schweißnahtgröße ist die Nahtdicke von 5/16 inch x 0.707 = 0.221 inch einzugeben.

KB 001925 | RFEM 6 Kehlschweißnahtbemessung nach AISC-Normen

Liniengeschweißte Verbindung für Beispiel J.2A

Eine neue Linienschweißverbindungs-Konfiguration muss hinzugefügt werden, da eine andere Grenzspannung verwendet wird.
Der richtungsabhängige Festigkeitserhöhungsfaktor nach AISC Gleichung J2-5 kann verwendet werden, um die Grenzspannung für eine unter einem Winkel belastete Kehlnaht zu erhöhen.

k_{ds} = (1.0 + 0.5 \cdot \sin^{1.5} θ)

k_{ds} = (1.0 + 0.5 \cdot \sin^{1.5} 60 °)

k_{ds} = 1.40

k_ds	Erhöhungsfaktor der Richtungsfestigkeit
θ	Winkel zwischen der Linie der aufgebrachten Kraft und der Nahtlängsachse, Grad

Erhöhungsfaktor der Richtungsfestigkeit

Die Grenzspannung nach AISC Gleichung J2-4 (ohne Schweißnahtbereich) für die LRFD-Bemessung:

\emptyset R_{n} = \emptyset \cdot F_{nw} \cdot k_{ds}

\emptyset R_{n} = 0.75 \cdot (0.60 \cdot 70 ksi) \cdot 1.40

\emptyset R_{n} = 44.1 ksi

φ	LRFD-Widerstandsfaktor
F_nw	Nennspannung des Schweißnahtmetalls, ksi
k_ds	Erhöhungsfaktor der Richtungsfestigkeit

Grenzschweißnahtspannung nach AISC

In RFEM ergab ein Spannungsverhältnis von 1.0 die erforderliche Länge, die im AISC-Beispiel berechnet wurde. Neben der Spannung können auch die Schnittgrößen grafisch angezeigt werden. Die Gesamtschubspannung W kann mit der Nahtlänge multipliziert werden, um die insgesamt aufgebrachte Last zu überprüfen (Bild 07).

Spannungsergebnisse in Liniennähte für AISC-Kehlnähtenentwurf in RFEM 6

Spannungsanalyse in Liniennähten für AISC Kehlnähtdesign

Es ist zu beachten, dass auch zusätzliche AISC-Anforderungen für Kehlnähte zu prüfen sind. Dazu gehören Mindest- und Maximalgrößen, Mindestlänge, effektive Länge und andere Einschränkungen, die im AISC Abschnitt J2.2b behandelt werden.

KB 001925

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