taaiheidseisen. De eis van overmat-ched lasmetaal kan bij het lassen vanstarre constructies in materialen alseen quenched en tempered staalsoortQStE690 gemakkelijk tot scheurvor-ming in de las leiden als onvoldoendewordt voorverwarmd. Om scheurvor-ming in de las te voorkomen, is danvaak een undermatched lastoevoegma-teriaal gewenst.

In EN 1993-1-12 Supplementary rulesfor high strength steel [10], wordtonder bepaalde voorwaarden under-matched lasmetaal toegestaan. De ont-wikkeling naar het openen van demogelijkheid om undermatched las-metaal toe te passen sluit aan bij deAmerikaanse voorschriften [13] en [14]en ook bij die van bijvoorbeeld Canada[15] en Zweden [16].

In Commissie XV-A van hetInternational Institute of Welding(IIW) wordt gewerkt aan een herzie-ning van de IIW aanbevelingen waar-bij het toepassen van undermatchedlasmetaal zal worden opgenomen. Eenander onderwerp zal zijn het directer

tot uiting laten komen van de sterktevan het toevoegmateriaal in de sterkte-functies.

Berekenen hoeklassen volgens AISC en AWSIn de American Institute of SteelConstruction (AISC) ‘Specification forStructural Steel Buildings’ en in deStructural Welding Code – Steel (AWSD1.1) worden regels gegeven voor hetontwerpen en berekenen van gelasteverbindingen waaronder hoeklassen.Naast berekeningsmethoden geba-seerd op uiterste grenstoestanden,zoals in de Europese normen, geeft de2004 uitgave van de AWS D1.1 nog demogelijkheid de berekening vangelaste verbindingen te baseren op dezogenoemde toelaatbare spanningen-methode.

In de AISC specificaties wordt gerefe-reerd aan de AWS D1.1. In sectie J2 vande AISC (2005) is vermeld dat behou-dens een aantal uitzonderingen, allebepalingen van AWS D1.1 onder deAISC specificaties vallen. De uitzonde-ringen betreffen ondermeer afwijken-de bepalingen voor sommige aspecten

metaalmagazine 3 200742 www.metaalmagazine.nl

verbinden

A. M. Gresnigt en T. Luijendijk, TU Delft

De lasser maakt

gebruik van de variant

FastMig van het

MIG/MAG-lassen van

Kemppi (foto’s: Kemppi)

Een lasser brengt een hoeklas aan in een positie

waarin hij boven zijn hoofd moet lassen

Berekeningsmethode hoeklassen Eurocode 3

In dit derde deel over het berekenen vanhoeklassen worden de berekeningsmetho-den volgens Eurocode 3 vergeleken metbuitenlandse normen. Een vergelijking wordtgemaakt met de Amerikaanse ‘Specificationfor Structural Steel Buildings’ uit 2005 [13]en de eveneens Amerikaanse ‘StructuralWelding Code – Steel uit 2004 [14]. Dezenormen houden evenals de Canadese enZweedse normen op dit gebied direct reke-ning met de sterkte van het lasmetaal. Dit isvooral van belang bij het berekenen vanhoeklassen in staalsoorten met verhoogdesterkte.

vergeleken met buitenlandse normen

In de regels voor gelaste verbindingenin staal tot en met S460 wordt inEurocode 3 evenals in de IIW aanbeve-lingen en in NEN 2062 overmatchedlasmetaal vereist. De sterkte van hetlasmetaal wordt indirect in rekeninggebracht via de β-factor, zie deel 2 inMetaal Magazine 2, 2007, pag. 36-38.

Naarmate de sterkte van het plaatma-teriaal toeneemt, wordt het moeilijkerom aan de eis van overmatched lasme-taal te voldoen en daarbij tevens te vol-doen aan de andere eisen in het bij-zonder de zo belangrijke

mek003_07hoeklassen.qxp:mek002_07hoeklassen.qxd 14-03-2007 14:59 Pagina 42

Met Rd , endfillet = Rd , plate volgt hieruit:

Voor ‘volle sterkte’ zijhoeklassen resul-teert dit met l = 1,5 b en matchingelektroden in:

Uit Rd , sidefillet = Rd , plate volgt voor debenodigde lasdikte:

Voor zijhoeklassen zijn de verschillentussen AISC en Eurocode 3 kleiner danvoor kophoeklassen. De voornaamsteoorzaak is het verschil in sterkte tus-sen kophoeklassen en zijhoeklassen.Voor AISC is dit een factor 1,5, terwijlin de Eurocode 3 dit gelijk is aan√3 / √2 = 1,22. Desondanks resulteert dit voor destaalsoorten met een hogere sterktezoals S420 en S460 in aanzienlijk

metaalmagazine 3 2007www.metaalmagazine.nl 43

Groep Vloeigrens AWS elektrode Nominale sterkte Nominale vloeigrens basismateriaal specificatie van de elektrode van de elektrode(N/mm2) voor LMBE in ksi (N/mm2) in ksi (N/mm2)

I ≈235 tot ≈317 E60xx - E70xx 60 - 70 (414-483) 48 - 58 (331-400)II ≈315 tot ≈415 E70xx 70 (483) 58 (400)III ≈415 tot ≈450 E80xx 80 (552) 67 (462)IV ≈485 E90xx 90 (621) 77 (531)

AISC – matching met LMBE Eurocode 3 (spanningscom-kophoeklassen ponenten) kophoeklassenFy FEXX a Staalsoort Fw.u.end a(N/mm2) (ksi – N/mm2) (N/mm2)

235 60 – 414 0,38 t S235 255 0,46 t70 – 483 0,33 t

355 70 – 483 0,49 t S355 321 0,55 t

420 80 – 552 0,51 t S420 M 283 0,74 tS420 N 294 0,72 t

485 90 – 621 0,52 t S460 M 300 0,77 tS460 N 311 0,74 t

AISC – matching met LMBE Eurocode 3 (spanningscom-zijhoeklassen ponenten) zijhoeklassenFy FEXX a Staalsoort Fw.u.side a(N/mm2) (ksi – N/mm2) (N/mm2)

235 60 – 414 0,38 t S235 208 0,38 t70 – 483 0,33 t

355 70 – 483 0,49 t S355 262 0,45 t

420 80 – 552 0,51 t S420 M 230 0,61 tS420 N 240 0,58 t

485 90 – 621 0,52 t S460 M 245 0,63 tS460 N 254 0,61 t

bij de berekening van hoeklassen ende berekening van op vermoeiingbelaste constructies. Voor meer infor-matie wordt verwezen naar de betref-fende paragrafen in de AISC-specifica-ties.

Berekening hoeklassen volgens AISCDe ontwerpsterkte van hoeklassenvolgt uit de laagste waarde van:

(1)en

(2)waarin:FBM nominale sterkte van het basis-

materiaal, ksi (N/mm2)Fw nominale sterkte van het lastoe-

voegmateriaal, ksi (N/mm2)ABM oppervlak dwarsdoorsnede van

het basismateriaal, in.2 (mm2)Aw effectieve dwarsdoorsnede van

de las, in.2 (mm2)φ veiligheidsfactor op de sterkte

(resistance factor)

Het oppervlak van de effectieve door-snede van de las is de keeldoorsnedemaal de effectieve lengte van de las(hetzelfde als in Eurocode 3). Bij hetontwerpen van de hoeklassen, is eentoevoegmateriaal toegestaan met eensterkte gelijk aan die van het basisma-teriaal (matching), maar ook eenlastoevoegmateriaal met een geringeresterkte (undermatching).

In AWS D1.1 Table 3.1 is een groot aan-tal voorgekwalificeerde basismateriaal– lastoevoegmateriaal combinatiesvoor matching sterkte opgenomen. InTabel 1 is een samenvatting daarvangegeven voor het lassen met bekledeelektrode (LMBE). De Engelstaligeafkorting van dit lasproces luidtSMAW (Shielded Metal Arc Welding).

Waarden voor φ, FBM en Fw en begren-zingen ervan zijn in tabel J2.5 van deAISC-specificaties gegeven.

De genoemde waarden voor de vloei-grens geven een indicatie. In de betref-fende groepen komen ook afwijkendewaarden voor, afhankelijk van hetstaaltype en de plaatdikte.

AWS D1.1 bevat veel bepalingen om dekwaliteit van de las te garanderen. Erwordt bijvoorbeeld veel nadruk gelegdop het gebruik van laag waterstofelektroden en de eerder genoemdevoorgekwalificeerde basismateriaal –lastoevoegmateriaalcombinaties.

Het ontwerpen van kophoeklassen enzijhoeklassen volgens AISCDe ontwerpformules voor het bereke-nen van de sterkte van hoeklassen is:

(3)met

(4)hierin is:φ veiligheidsfactor = 0,75FEXX elektrodeklassificatienummer,

bijvoorbeeld minimaal gespecifi-ceerde sterkte, ksi (N/mm2)

θ belastingshoek, gemeten vanuitde lengte as van de las (graden).Voor kophoeklassen is θ = 90graden en voor zijhoeklassen is θ = 0 graden

Aw effectieve doorsnede van de keelvan de las, in.2 (mm2)

Voor kophoeklassen (end fillet welds) enzijhoeklassen (side fillet welds) wordt deontwerpsterkte gelijk aan:

(5)en

(6)

Voor ‘volle sterkte’ kophoeklassen (ont-worpen op de vloeigrens in de aange-sloten plaat) resulteert dit bij het las-sen met matching elektroden in:

en

(8)

(10)

(11)

(12)

(7)

(9)

Tabel 1. Samenvatting van de in AWS D1.1 voorgekwalificeerde basismateriaal –lastoevoegmateriaal combinaties voor matching sterkte bij het lassen met bekledeelektrode (LMBE)

Tabel 3. Vergelijking van de lasdikte voor zijhoeklassen bere-kend volgens AISC en Eurocode 3 voor het lassen met bekledeelektroden van matching sterkte.

Tabel 2. Vergelijking van de lasdikte voor kophoeklassenvolgens AISC en Eurocode 3 voor het lassen met bekledeelektroden van matching sterkte.

mek003_07hoeklassen.qxp:mek002_07hoeklassen.qxd 14-03-2007 14:59 Pagina 43

S a m e n v a t t i n g s e r i e

De nieuwe ontwerpregels voor hoeklassen zijn in drie artikelen gepubli-ceerd in Metaal Magazine. De beide voorgaande afleveringen verschenenin Metaal Magazine 1, 2007, pag. 10-12 en in Metaal Magazine 2, 2007,pag. 36-38. De volgende onderwerpen kwamen aan bod:■ Er is een overzicht gegeven van de ontwikkelingen in de berekenings-

methoden voor hoeklassen. ■ Ontwerpregels waarin het lastoevoegmateriaal direct is betrokken, geven

meer vrijheid aan de constructeur om voor een optimale combinatie vanbasismateriaal, lastoevoegmateriaal en lasparameters te kiezen.Daarmee kan beter worden voldaan aan de eisen wat betreft sterkte entaaiheid.

■ Undermatching lastoevoegmateriaal kan een voordeel hebben als hetgaat om de metallurgische lasbaarheid en het bereiken van een beterelaskwaliteit. Dit leidt mogelijkerwijs tot een hogere taaiheid en beteremogelijkheden tot een herverdeling van de inwendige (las)spanningenen daarmee tot een hogere belastbaarheid van de constructie.

■ De huidige ontwerpregels voor het berekenen van hoeklassen volgensEurocode 3 geven erg dikke lassen voor staalsoorten met een verhoog-de sterkte. De Noord Amerikaanse voorschiften AWS D1.1 en de AISCSpecification for Structural Steel Buildings geven aanzienlijk kleinere las-dikten.

■ Op verschillende plaatsen is en wordt aanvullend theoretisch en experi-menteel onderzoek uitgevoerd naar gelaste verbindingen in staalsoortenmet verhoogde sterkte zoals S460 en S690.

een opzet gemaakt voor nieuwe aanbe-velingen. De hoofdrichtingen voor denieuwe aanbevelingen zijn:

■ Het toepassingsgebied zal wordenuitgebreid naar hogere sterkte staalS690 en hoger.

■ De sterkte van het lastoevoegmateri-aal zal meer direct in rekening wor-den gebracht, zoals in AWS D-1.1 ende AISC Specification, of een meng-vorm zoals in de Zweedse ontwerp-regels.

■ Er zullen aanbevelingen wordenopgenomen voor de keuze van hetlastoevoegmateriaal. Daarbij zullende voorwaarden worden aangege-ven waaronder undermatchinglastoevoegmateriaal kan wordentoegepast. Undermatching lastoe-voegmateriaal geeft zwaardere las-sen, maar zal aan de andere kantgunstig zijn voor de lasbaarheid.Een betere taaiheid van het lasme-taal zal de sterkte en taaiheid vangelaste verbindingen / constructiesten goede komen. Voor het belangvan taai lasmetaal wordt verwezennaar deel 2 in Metaal Magazine 2,2007, pagina 36-38.

■ Overwogen wordt om de ontwerp-sterkte van hoeklassen afhankelijk

te maken van de laskwaliteit.Variaties in de laskwaliteit zijn debelangrijkste reden voor de grotespreiding in de beschikbare proefre-sultaten. Naast de geometrie van delasverbinding (vorm en afwezigheidvan lasfouten) speelt daarbij vooralde taaiheid van het lasmetaal eenbelangrijke rol. Of deze afhankelijk-heid op een praktische manier geïn-troduceerd kan worden in de ont-werpregels is een punt van verderonderzoek. ■

verbinden

metaalmagazine 3 200744 www.metaalmagazine.nl

[13] Specification for StructuralSteel Buildings, AmericanInstitute of Steel Construction(AISC), Chicago, ANSI/AISC 360-05, March 9, 2005 (kan wor-den ‘gedownload’ van de web-site van AISC, ziewww.aisc.org).[14] Structural Welding Code –Steel, American WeldingSociety, AWS D1.1/D1.1M:2004,Miami, USA, 2004. In de uitga-ve 2006 is de berekening vanhoeklassen niet veranderd.[15] Limit States Design of SteelStructures, Canadian StandardsAssociation, CSA S16.1-M89,Rexdale, Ontario, Canada,1989.[16] Boverkets handbok omstalkonstruktioner, BSK 94,Boverket, Byggavdelningen,Karlskrona, Februari 1997, ISBN:91-7147-337-8, ISSN: 1400-1012. [17] Butler, L. J., Pal, S., andKulak, G. L., EccentricallyLoaded Welded Connections,Journal of the StructuralDivision, ASCE, Vol. 98, No. ST5,May 1972, pp. 989-1005.[18] Gresnigt, A.M., Calculationof Fillet Welds in Eurocode No.3. Rivista Italiana dellaSaldatura, 1990, no 6, pp. 591-598.[19] Snijder, H.H., De Koning,C.H.M., Gresnigt, A.M., Bijlaard,F.S.K., Tests on welded connec-tions in Fe E 460, TNO-IBBCreport B-89-241, 1989.[20] Gresnigt, A.M., Strengthand Deformation Capacity ofFillet Welds in Fe E 460.Connections in Steel StructuresII: Behavior, strength and design. Proceedings of theSecond InternationalWorkshop, held in Pittsburgh,April 10-12, 1991, pp. 36-45.American Institute of SteelConstruction (AISC), ISBN1564240371.[21] Treiberg, T., Influence ofbase and weld metal strengthon the strength of welds,Connections in Steel StructuresII: Behavior, strength and design. Proceedings of theSecond InternationalWorkshop, held in Pittsburgh,April 10-12, 1991, pp. 46-53.American Institute of SteelConstruction (AISC), ISBN1564240371.

R E F E R E N T I E S

Onder de hand wordt gelast aan een oog

kleinere afmetingen voor de a-hoog-te (∼20%).

De ontwerpsterkte als functie van debelastingsrichting, zoals gepresen-teerd in vergelijking (3) en (4), is geba-seerd op onderzoek dat is gerappor-teerd door Butler, Pal en Kulak in 1971[17]. Zij constateerden aanzienlijke verschillen in sterkte en vervormings -capaciteit tussen zijhoeklassen en kop-hoeklassen. De Canadese ontwerp -regels [13] zijn vrijwel gelijk aan deAISC-specificaties.

De Zweedse code BSK94 (1997)In de Zweedse code volgt de ontwerp-sterkte voor hoeklassen uit:

(13)met

(14)

hierin is:fuk nominale treksterkte van het

basismateriaalfeuk nominale treksterkte van het

lastoevoegmateriaal ϕ reductiefactor die afhangt van

het type las; voor hoeklassengeldt ϕ = 0,9

γn partiële coëfficiënt die afhangtvan de veiligheidsklasse; γn heeftwaarden tussen 1,0 en 1,2

Voor zijhoeklassen is de ontwerpsterk-te gelijk aan:

(15)

Voor kophoeklassen is de ontwerp-sterkte met α = 135° gelijk aan:

(16)

Opgemerkt wordt dat de ontwerp-sterkte van de hoeklassen afhangt vande sterkte van het lasmetaal en desterkte van het plaatmateriaal.Hiermee ligt de berekeningswijze infeite tussen die van Eurocode 3 en deAWS/AISC specificaties.

Ontwikkelingen in het IIWIn IIW Subcommissie XV-A, wordtgewerkt aan een herziening van deIIW aanbevelingen uit 1976 [1]. Er iseen overzicht gemaakt van de huidigeontwerpregels in de verschillende lan-den van de wereld, voorzien vanachtergrondinformatie. Verder is eeninventarisatie gemaakt van uitgevoerdonderzoek en lopend onderzoek. Er is

mek003_07hoeklassen.qxp:mek002_07hoeklassen.qxd 14-03-2007 14:59 Pagina 44