Connection designSteelKnowledge baseWeldsConnection

Tự động thiết kế mối hàn / định cỡ mối hàn

This article is also available in

Mối hàn là bộ phận tốn kém nhất và có lẽ là quan trọng nhất trong các liên kết thép. Thiết kế thiếu có thể dẫn đến phá hoại giòn, trong khi thiết kế thừa gây co ngót quá mức. Định cỡ mối hàn tự động hướng đến thiết kế liên kết thép nhanh chóng, nhất quán và an toàn.

Công cụ Định cỡ mối hàn tính toán kích thước mối hàn tối ưu dựa trên các đầu vào cụ thể và các chiến lược đã định nghĩa, chẳng hạn như Ước tính khả năng chịu lực, Cường độ đầy đủ, Độ dẻo tối thiểu hoặc Cường độ vượt mức. Thiết kế mới được tạo ra dựa trên các cài đặt đã chọn, được giải thích chi tiết bên dưới. Tính năng này hoạt động như một trợ lý mạnh mẽ giúp loại bỏ các vòng lặp thủ công, cung cấp đề xuất thiết kế vững chắc sẵn sàng cho việc kiểm tra cuối cùng của bạn.

Trong IDEA StatiCa Connection, có hai chiến lược định cỡ mối hàn dành cho tất cả người dùng:

theo cường độ đầy đủ
với cường độ vượt mức

Đối với người dùng Eurocode, có thêm hai chiến lược:

theo ước tính khả năng chịu lực
theo độ dẻo tối thiểu

Đối với người dùng AISC, có thêm một chiến lược:

theo ước tính khả năng chịu lực

Cách gọi các hàm

Định cỡ mối hàn có thể được gọi bằng:

Nhấp vào nút Weld sizing trên thanh công cụ phía trên

Trong hộp thoại Thao tác

Nhấp chuột phải vào Thao tác và chọn Autodesign all, nhưng ở đây bạn sẽ tự động thiết kế không chỉ mối hàn mà còn cả bu lông.

Nhấp chuột phải vào thao tác và chọn một loại định cỡ mối hàn cụ thể

Nhấp chuột phải vào thao tác có mối hàn và chọn Autodesign, nhưng ở đây bạn sẽ tự động thiết kế không chỉ mối hàn mà còn cả bu lông, trong một thao tác cụ thể.

Khi bạn gọi hàm, cần phải chỉ định phương pháp định cỡ mối hàn trong hộp thoại Thao tác. Nhìn chung, kích thước mối hàn sẽ tăng theo thứ tự sau:

Ước tính khả năng chịu lực
Độ dẻo tối thiểu
Cường độ đầy đủ
Với cường độ vượt mức

Các phương pháp được mô tả chi tiết bên dưới.

Các cài đặt ảnh hưởng đến kích thước mối hàn

Quá trình định cỡ mối hàn được xác định bởi các cài đặt toàn cục cụ thể. Thuật toán đánh giá các đầu vào sau:

Mối hàn: Hệ số sử dụng khả năng chịu lực mục tiêu: Giới hạn này được định nghĩa trong Cài đặt dự án > Thiết kế – Chung (Giá trị mặc định là 0,9). Thuật toán so sánh tải trọng thực tế tác dụng với giá trị đã đặt này để tìm ra giải pháp đáp ứng yêu cầu. Giá trị cụ thể được kiểm tra là Hệ số sử dụng Ut_c.
Mối hàn: Hệ số cường độ vượt mức: Hệ số này đảm bảo mối hàn có cường độ lớn hơn cấu kiện được liên kết để cho phép hình thành khớp dẻo, theo khuyến nghị của EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (thường là 1,4 hoặc 1,7). Giới hạn được định nghĩa trong Cài đặt dự án > Thiết kế – Chung (mặc định 1,4) và chỉ được áp dụng khi phương pháp định cỡ 'Cường độ vượt mức' được chọn.
Quy tắc làm tròn: Chiều cao mối hàn được điều chỉnh theo cài đặt làm tròn trong Dự án > Tùy chọn > Đơn vị ứng dụng - Làm tròn thực thể mới > Kích thước mối hàn.
Bước tăng của bộ điều khiển: Giá trị tối thiểu mà thuật toán tăng chiều cao mối hàn được đặt trong Dự án > Tùy chọn > Đơn vị ứng dụng - Bước tăng của bộ điều khiển> Kích thước mối hàn.

Ước tính khả năng chịu lực

Định cỡ mối hàn theo ước tính khả năng chịu lực tự động cung cấp kích thước mối hàn đủ mạnh để truyền tải trọng đã đặt.

Hàm hoạt động như thế nào

Trong tab kết quả cho mối hàn, có hai tỷ số hệ số sử dụng được liệt kê. Ut (hệ số sử dụng ứng suất) hiển thị giá trị hệ số sử dụng của phần tử hữu hạn chịu ứng suất lớn nhất trong toàn bộ mối hàn (giá trị đỉnh), trong khi Ut_c (hệ số sử dụng khả năng chịu lực của mối hàn) hiển thị hệ số sử dụng của toàn bộ mối hàn và do đó cung cấp cho người dùng thông tin về khả năng chịu lực còn lại của mối hàn.

Do phân bố ứng suất trong mối hàn trong các mô hình dựa trên phương pháp phần tử hữu hạn thay đổi không chắc chắn dựa trên tải trọng tác dụng, việc xác định khả năng chịu lực còn lại như một hàm tuyến tính không đơn giản. Với sự gia tăng của tải trọng tác dụng, sự thay đổi trong phân bố ứng suất mối hàn có thể rất đáng kể.

Việc tính toán Ut_c sử dụng hàm ước tính học máy. Dựa trên việc học từ số lượng lớn các mô hình liên kết hàn và các kịch bản tải trọng khác nhau, thuật toán có thể dự đoán chính xác khả năng chịu lực còn lại của mối hàn. Con số này được hiển thị trong Kiểm tra, trong tab Mối hàn, trong cột Ut_c .

Chức năng này sử dụng AI và học máy để xác định khả năng chịu lực của mối hàn. Và điều tốt nhất là ứng dụng có thể thực hiện điều đó trong ngưỡng sai số 10%! Đây có thể được coi là một kết quả xuất sắc.

Hiện tại, tính năng này được triển khai trong Eurocode và AISC.

Định cỡ mối hàn theo ước tính khả năng chịu lực yêu cầu có kết quả tính toán. Kích thước mối hàn góc được điều chỉnh theo công thức sau:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

trong đó:

\(a_{new}\) – kích thước mối hàn góc đã điều chỉnh
\(a\) – kích thước mối hàn góc đã đặt trước đó
\(Ut_c\) – ước tính khả năng chịu lực dựa trên thuật toán học máy hiển thị tại kiểm tra mối hàn
\(Ut_{target}\) – hệ số sử dụng mục tiêu trong Cài đặt → Thiết kế → Tự động thiết kế → Định cỡ mối hàn

Lưu ý rằng kích thước mối hàn bị giới hạn bởi các quy tắc cấu tạo, ví dụ: kích thước mối hàn không thể nhỏ hơn 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Các quy tắc cấu tạo này được tuân thủ. Ngoài ra, hãy lưu ý rằng nhiều mối hàn trong IDEA StatiCa thường được đặt về một giá trị duy nhất. Trong những trường hợp này, kích thước được đặt theo mối hàn có hệ số sử dụng cao nhất.

Ngoài ra, một vòng lặp tính toán cũng có sẵn. Khi phương pháp định cỡ mối hàn được đặt thành ước tính khả năng chịu lực, nó:

Định cỡ mối hàn góc theo cường độ đầy đủ
Tính toán mô hình
Định cỡ mối hàn góc theo ước tính khả năng chịu lực
Tính toán mô hình

Mối hàn sau đó được đặt ở mức hoặc dưới hệ số sử dụng mục tiêu chỉ với một lần nhấp.

Độ dẻo tối thiểu

Định cỡ mối hàn theo độ dẻo tối thiểu tự động cung cấp các liên kết hàn đủ mạnh để ngăn ngừa phá hoại giòn. Cường độ mối hàn cho phép chảy dẻo ban đầu của bản thép, nhưng cuối cùng mối hàn bị đứt.

Yêu cầu về độ dẻo tối thiểu của liên kết hàn trong FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Yêu cầu này xuất phát từ phụ lục quốc gia của Hà Lan trong EN 1993-1-8, trong đó tỷ lệ cố định giữa cường độ mối hàn và cường độ bản thép là 0,8. Nó cũng được đưa vào Sách xanh được sử dụng rộng rãi từ Vương quốc Anh, cụ thể là trong Chương C2 và C3. Tuy nhiên, tỷ lệ cố định chỉ phù hợp với thép cấp S355. Trong thế hệ Eurocode thứ hai, điều này được mở rộng cho tất cả các cấp thép.

Yêu cầu này được kiểm tra cho mối hàn góc hai phía bằng:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

trong đó:

\(a\) – chiều dày cổ mối hàn
\(t\) – chiều dày bản thép được liên kết bằng cạnh
\(\beta_w\) – hệ số tương quan mối hàn
\(\gamma_{M2}\) – hệ số an toàn cho bu lông và mối hàn; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
\(f_y\) – giới hạn chảy của bản thép
\(f_u\) – cường độ kéo đứt của mối hàn
\(\gamma_{M0}\) – hệ số an toàn cho bản thép; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn

Chiều dày cổ mối hàn góc một phía lớn gấp đôi so với mối hàn góc hai phía.

Lưu ý rằng phương pháp này hữu ích cho các mối hàn chịu tải trọng ngang và hoạt động khi bản thép được liên kết theo toàn bộ chiều rộng của nó.

Cường độ đầy đủ

Định cỡ mối hàn theo cường độ đầy đủ tự động cung cấp các mối hàn có cường độ lớn hơn bản thép được liên kết. Trong tính toán, giả định rằng các bản thép chịu kéo và mối hàn chịu tải trọng ngang như trường hợp bất lợi nhất về cường độ và độ dẻo của mối hàn. Thiết kế này hữu ích để tránh phá hoại giòn của mối hàn đối với tải trọng tĩnh.

Phương pháp này cũng được đưa vào Sách xanh được sử dụng rộng rãi từ Vương quốc Anh, cụ thể là trong Chương C1.

Yêu cầu này được kiểm tra cho mối hàn góc hai phía bằng:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

trong đó:

\(a\) – chiều dày cổ mối hàn
\(t\) – chiều dày bản thép được liên kết bằng cạnh
\(\beta_w\) – hệ số tương quan mối hàn
\(f_y\) – giới hạn chảy của bản thép
\(f_u\) – cường độ kéo đứt của mối hàn
\(\gamma_{M0}\) – hệ số an toàn cho bản thép; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn

Lưu ý rằng phương pháp này hữu ích cho các mối hàn chịu tải trọng ngang và hoạt động khi bản thép được liên kết theo toàn bộ chiều rộng của nó.

Mối hàn cường độ vượt mức

Định cỡ mối hàn với cường độ vượt mức tự động cung cấp các mối hàn có cường độ lớn hơn nhiều so với bản thép được liên kết. Hệ số cường độ vượt mức được chỉ định trong Cài đặt → Thiết kế → Tự động thiết kế → Định cỡ mối hàn. Giá trị mặc định là 1,4 được lấy từ EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) để hình thành khớp dẻo.

Trong tính toán, giả định rằng các bản thép chịu kéo và mối hàn chịu tải trọng ngang như trường hợp bất lợi nhất về cường độ và độ dẻo của mối hàn. Thiết kế này hữu ích để tránh phá hoại giòn của mối hàn đối với thiết kế dẻo hoặc tải trọng chu kỳ. Lưu ý rằng kích thước mối hàn lớn không tự động đảm bảo độ dẻo cao. Ngược lại, nó có thể dẫn đến ứng suất dư và biến dạng quá mức do co ngót mối hàn.

Yêu cầu này được kiểm tra cho mối hàn góc hai phía bằng:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

trong đó:

\(a\) – chiều dày cổ mối hàn
\(t\) – chiều dày bản thép được liên kết bằng cạnh
\(\beta_w\) – hệ số tương quan mối hàn
\(\gamma_{M2}\) – hệ số an toàn cho bu lông và mối hàn; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
\(f_y\) – giới hạn chảy của bản thép
\(f_u\) – cường độ kéo đứt của mối hàn
\(\gamma_{M0}\) – hệ số an toàn cho bản thép; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
\(f_{overstrength}\) – hệ số cường độ vượt mức được chỉ định trong Cài đặt → Thiết kế → Tự động thiết kế → Định cỡ mối hàn

Lưu ý rằng phương pháp này hữu ích cho các mối hàn chịu tải trọng ngang và hoạt động khi bản thép được liên kết theo toàn bộ chiều rộng của nó.

Connection designSteelKnowledge baseWeldsConnection

Tự động thiết kế mối hàn / định cỡ mối hàn

This article is also available in

Trong IDEA StatiCa Connection, có hai chiến lược định cỡ mối hàn dành cho tất cả người dùng:

theo cường độ đầy đủ
với cường độ vượt mức

Đối với người dùng Eurocode, có thêm hai chiến lược:

theo ước tính khả năng chịu lực
theo độ dẻo tối thiểu

Đối với người dùng AISC, có thêm một chiến lược:

theo ước tính khả năng chịu lực

Cách gọi các hàm

Định cỡ mối hàn có thể được gọi bằng:

Nhấp vào nút Weld sizing trên thanh công cụ phía trên

Trong hộp thoại Thao tác

Nhấp chuột phải vào Thao tác và chọn Autodesign all, nhưng ở đây bạn sẽ tự động thiết kế không chỉ mối hàn mà còn cả bu lông.

Nhấp chuột phải vào thao tác và chọn một loại định cỡ mối hàn cụ thể

Nhấp chuột phải vào thao tác có mối hàn và chọn Autodesign, nhưng ở đây bạn sẽ tự động thiết kế không chỉ mối hàn mà còn cả bu lông, trong một thao tác cụ thể.

Khi bạn gọi hàm, cần phải chỉ định phương pháp định cỡ mối hàn trong hộp thoại Thao tác. Nhìn chung, kích thước mối hàn sẽ tăng theo thứ tự sau:

Ước tính khả năng chịu lực
Độ dẻo tối thiểu
Cường độ đầy đủ
Với cường độ vượt mức

Các phương pháp được mô tả chi tiết bên dưới.

Các cài đặt ảnh hưởng đến kích thước mối hàn

Quá trình định cỡ mối hàn được xác định bởi các cài đặt toàn cục cụ thể. Thuật toán đánh giá các đầu vào sau:

Mối hàn: Hệ số sử dụng khả năng chịu lực mục tiêu: Giới hạn này được định nghĩa trong Cài đặt dự án > Thiết kế – Chung (Giá trị mặc định là 0,9). Thuật toán so sánh tải trọng thực tế tác dụng với giá trị đã đặt này để tìm ra giải pháp đáp ứng yêu cầu. Giá trị cụ thể được kiểm tra là Hệ số sử dụng Ut_c.
Mối hàn: Hệ số cường độ vượt mức: Hệ số này đảm bảo mối hàn có cường độ lớn hơn cấu kiện được liên kết để cho phép hình thành khớp dẻo, theo khuyến nghị của EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (thường là 1,4 hoặc 1,7). Giới hạn được định nghĩa trong Cài đặt dự án > Thiết kế – Chung (mặc định 1,4) và chỉ được áp dụng khi phương pháp định cỡ 'Cường độ vượt mức' được chọn.
Quy tắc làm tròn: Chiều cao mối hàn được điều chỉnh theo cài đặt làm tròn trong Dự án > Tùy chọn > Đơn vị ứng dụng - Làm tròn thực thể mới > Kích thước mối hàn.
Bước tăng của bộ điều khiển: Giá trị tối thiểu mà thuật toán tăng chiều cao mối hàn được đặt trong Dự án > Tùy chọn > Đơn vị ứng dụng - Bước tăng của bộ điều khiển> Kích thước mối hàn.

Ước tính khả năng chịu lực

Định cỡ mối hàn theo ước tính khả năng chịu lực tự động cung cấp kích thước mối hàn đủ mạnh để truyền tải trọng đã đặt.

Hàm hoạt động như thế nào

Hiện tại, tính năng này được triển khai trong Eurocode và AISC.

Định cỡ mối hàn theo ước tính khả năng chịu lực yêu cầu có kết quả tính toán. Kích thước mối hàn góc được điều chỉnh theo công thức sau:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

trong đó:

\(a_{new}\) – kích thước mối hàn góc đã điều chỉnh
\(a\) – kích thước mối hàn góc đã đặt trước đó
\(Ut_c\) – ước tính khả năng chịu lực dựa trên thuật toán học máy hiển thị tại kiểm tra mối hàn
\(Ut_{target}\) – hệ số sử dụng mục tiêu trong Cài đặt → Thiết kế → Tự động thiết kế → Định cỡ mối hàn

Ngoài ra, một vòng lặp tính toán cũng có sẵn. Khi phương pháp định cỡ mối hàn được đặt thành ước tính khả năng chịu lực, nó:

Định cỡ mối hàn góc theo cường độ đầy đủ
Tính toán mô hình
Định cỡ mối hàn góc theo ước tính khả năng chịu lực
Tính toán mô hình

Mối hàn sau đó được đặt ở mức hoặc dưới hệ số sử dụng mục tiêu chỉ với một lần nhấp.

Độ dẻo tối thiểu

Yêu cầu này được kiểm tra cho mối hàn góc hai phía bằng:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

trong đó:

\(a\) – chiều dày cổ mối hàn
\(t\) – chiều dày bản thép được liên kết bằng cạnh
\(\beta_w\) – hệ số tương quan mối hàn
\(\gamma_{M2}\) – hệ số an toàn cho bu lông và mối hàn; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
\(f_y\) – giới hạn chảy của bản thép
\(f_u\) – cường độ kéo đứt của mối hàn
\(\gamma_{M0}\) – hệ số an toàn cho bản thép; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn

Chiều dày cổ mối hàn góc một phía lớn gấp đôi so với mối hàn góc hai phía.

Lưu ý rằng phương pháp này hữu ích cho các mối hàn chịu tải trọng ngang và hoạt động khi bản thép được liên kết theo toàn bộ chiều rộng của nó.

Cường độ đầy đủ

Phương pháp này cũng được đưa vào Sách xanh được sử dụng rộng rãi từ Vương quốc Anh, cụ thể là trong Chương C1.

Yêu cầu này được kiểm tra cho mối hàn góc hai phía bằng:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

trong đó:

\(a\) – chiều dày cổ mối hàn
\(t\) – chiều dày bản thép được liên kết bằng cạnh
\(\beta_w\) – hệ số tương quan mối hàn
\(f_y\) – giới hạn chảy của bản thép
\(f_u\) – cường độ kéo đứt của mối hàn
\(\gamma_{M0}\) – hệ số an toàn cho bản thép; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn

Lưu ý rằng phương pháp này hữu ích cho các mối hàn chịu tải trọng ngang và hoạt động khi bản thép được liên kết theo toàn bộ chiều rộng của nó.

Mối hàn cường độ vượt mức

Yêu cầu này được kiểm tra cho mối hàn góc hai phía bằng:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

trong đó:

\(a\) – chiều dày cổ mối hàn
\(t\) – chiều dày bản thép được liên kết bằng cạnh
\(\beta_w\) – hệ số tương quan mối hàn
\(\gamma_{M2}\) – hệ số an toàn cho bu lông và mối hàn; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
\(f_y\) – giới hạn chảy của bản thép
\(f_u\) – cường độ kéo đứt của mối hàn
\(\gamma_{M0}\) – hệ số an toàn cho bản thép; có thể chỉnh sửa trong Cài đặt tiêu chuẩn
\(f_{overstrength}\) – hệ số cường độ vượt mức được chỉ định trong Cài đặt → Thiết kế → Tự động thiết kế → Định cỡ mối hàn

Lưu ý rằng phương pháp này hữu ích cho các mối hàn chịu tải trọng ngang và hoạt động khi bản thép được liên kết theo toàn bộ chiều rộng của nó.