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Cos'è AWS D1.8?

AWS D1.8 integra D1.1 per i giunti saldati nei sistemi resistenti alle forze sismiche. Non sostituisce D1.1 — aggiunge requisiti per le saldature a sollecitazione critica negli edifici progettati per la resistenza ai terremoti secondo AISC 341. D1.8 specifica la tenacità del Metallo d'Apporto, i limiti di temperatura interpass e la valutazione Allegato A dell’inviluppo di apporto termico dei metalli d’apporto a sollecitazione critica, non un PQR extra generalizzato.

AWS D1.8/D1.8M — Codice di Saldatura Strutturale — Supplemento Sismico — fornisce requisiti di Saldatura aggiuntivi per elementi e connessioni nel sistema resistente alle forze sismiche (SFRS) delle strutture edilizie in acciaio. L'edizione attuale è AWS D1.8:2021 (4a Edizione). D1.8 non è un Codice autonomo — integra AWS D1.1 aggiungendo requisiti che vanno oltre la pratica Norma di Saldatura strutturale per giunti che si prevede subiscano significative deformazioni anelastiche durante terremoti di livello di progetto.

Lo Standard è stato sviluppato in risposta al terremoto di Northridge del 1994, che ha rivelato che le pratiche standard di Saldatura strutturale erano insufficienti per le applicazioni sismiche. Le connessioni dei telai a momento pre-Northridge hanno subito fratture fragili nelle saldature a piena penetrazione della flangia della trave alla colonna a livelli di sollecitazione ben al di sotto della capacità plastica prevista. Le indagini post-Northridge hanno identificato diversi fattori contribuenti, tra cui tenacità insufficiente del Metallo di Saldatura, geometria scadente del foro di accesso, effetti di intaglio della barra di supporto e controllo qualità insufficiente. D1.8 affronta tutti questi fattori attraverso requisiti migliorati per materiali, fabbricazione e ispezione.

D1.8 è richiamato da AISC 341 (Disposizioni Sismiche per Edifici in Acciaio Strutturale) ed è obbligatorio per tutte le saldature nei sistemi resistenti alle forze sismiche nelle Categorie di progettazione sismica D, E e F. I progetti delle connessioni provengono da AISC 358 (Connessioni Prequalificate per Telai a Momento Speciali e Intermedi) e AISC 341 — D1.8 regola come tali connessioni devono essere saldate, qualificate e ispezionate.

Saldature a Sollecitazione Critica

D1.8 designa alcune saldature come a sollecitazione critica — saldature in connessioni che devono sostenere deformazioni anelastiche durante un evento sismico. Le saldature a sollecitazione critica richiedono Metalli d'Apporto con tenacità CVN (40 ft-lbf a 70 gradi F secondo la Tabella 6.3; per il servizio a freddo al di sotto di 50 gradi F LAST, 40 ft-lbf a LAST+20 gradi F), Temperatura Interpass Massimo di 550 gradi F e criteri di accettazione migliorati per i test ultrasonici.

Il concetto centrale in D1.8 è la saldatura a sollecitazione critica — una saldatura che deve mantenere l'integrità strutturale attraverso cicli multipli di grandi deformazioni anelastiche durante un evento sismico. Le saldature a sollecitazione critica sono soggette ai requisiti più stringenti per materiali, fabbricazione e ispezione nella famiglia di Codici AWS D1.x.

L'ingegnere responsabile designa quali saldature sono a sollecitazione critica in base al progetto della connessione e alle deformazioni previste. Le saldature a sollecitazione critica comuni includono:

Saldature a piena penetrazione della flangia della trave alla colonna

Nei telai a momento speciali e intermedi, le saldature a piena penetrazione della flangia della trave alla flangia della colonna sono le saldature più critiche nella connessione. Queste saldature devono trasmettere la piena capacità di momento plastico della sezione della trave attraverso cicli ripetuti di grande rotazione. I cedimenti pre-Northridge si sono concentrati su queste saldature.

Saldature tra elemento di collegamento e colonna in telai controventati eccentricamente

L'elemento di collegamento in un EBF subisce grandi deformazioni di taglio e/o flessionali. Le saldature che collegano l'elemento di collegamento alla colonna devono sostenere queste deformazioni senza frattura. Sia le saldature della flangia che quelle dell'anima nella connessione elemento di collegamento-colonna sono tipicamente a sollecitazione critica.

Saldature di giunzione di colonna in regioni di cerniera plastica

Quando una giunzione di colonna cade all'interno di una zona di cerniera plastica prevista, le saldature di giunzione devono essere in grado di sviluppare la piena capacità della sezione della colonna. D1.8 richiede saldature a piena penetrazione per le giunzioni di colonna in queste posizioni, con requisiti di materiale e ispezione a sollecitazione critica.

Saldature di connessione del controvento in telai controventati concentricamente speciali

Le connessioni a piastra di fazzoletto negli SCBF devono accogliere il previsto comportamento di instabilità e snervamento del controvento. Le saldature che collegano il fazzoletto alla trave, alla colonna o al controvento sono spesso designate a sollecitazione critica a seconda del tipo di connessione e della modalità di deformazione prevista.

Controlli Termici per la Saldatura Sismica

D1.8 limita la Temperatura Interpass a 550 gradi F Massimo per le saldature a sollecitazione critica. Questo impedisce che il calore eccessivo degradi la tenacità nella Zona Termicamente Alterata. Il Preriscaldo segue la Tabella 5.11 di D1.1 — D1.8 non ha una Tabella di Preriscaldo separata. La combinazione di Preriscaldo Minimo (D1.1) e Temperatura Interpass Massimo (D1.8) definisce la finestra termica.

D1.8 non ha le proprie Tabelle di Preriscaldo. Tutti i requisiti di Preriscaldo provengono dalla D1.1 Tabella 5.11. Tuttavia, D1.8 aggiunge una Temperatura Interpass Massimo di 550°F (288°C) per le saldature a sollecitazione critica. Questo limite superiore impedisce un'eccessiva crescita del grano nella Zona Termicamente Alterata che ridurrebbe la tenacità alla frattura al di sotto del livello necessario per le prestazioni sismiche.

La combinazione di Preriscaldo Minimo D1.1 e Temperatura Interpass Massimo D1.8 crea una finestra termica controllata per la Saldatura a sollecitazione critica. Ad esempio, una colonna A992 W36 con flange di 2 pollici di Spessore richiede un Preriscaldo Minimo di 150°F secondo la Tabella 5.11 di D1.1 e una Temperatura Interpass Massimo di 550°F secondo D1.8. Il saldatore deve mantenere la saldatura all'interno di questo intervallo da 150°F a 550°F durante la Saldatura multi-pass della saldatura a piena penetrazione della flangia della trave.

Il monitoraggio della Temperatura per le saldature a sollecitazione critica è più rigoroso rispetto alla Saldatura standard D1.1. La Temperatura Interpass Massimo deve essere verificata prima di depositare ogni passata successiva. I termometri a contatto sono preferiti rispetto ai pastelli termosensibili per le applicazioni a sollecitazione critica perché forniscono una lettura quantitativa piuttosto che un'indicazione di soglia.

Requisiti del Metallo d'Apporto

D1.8 richiede che i Metalli d'Apporto per le saldature a sollecitazione critica soddisfino la tenacità CVN. Il valore di riferimento è 20 ft-lbf a 0 gradi F (Tabella 6.4). Per il servizio a freddo (LAST inferiore a 50 gradi F), sono richiesti 40 ft-lbf al LAST. D1.1 non richiede test CVN. Il produttore deve certificare i valori. La Tabella A3.1 di AISC 341 elenca le classificazioni qualificanti.

D1.8 impone requisiti aggiuntivi per il Metallo d'Apporto oltre a D1.1 per le saldature a sollecitazione critica. Il requisito più significativo è il test obbligatorio di tenacità Charpy V-notch (CVN). D1.8:2021 utilizza un sistema CVN a due livelli. Il requisito di base secondo la Clausola 6.3.4(1) è 20 ft-lbf (27 J) a 0°F (−18°C) — i Metalli d'Apporto elencati nella Tabella 6.4 che soddisfano questo livello sono esentati dai test del lotto di produzione quando la Temperatura di Servizio Minima Prevista (LAST) è di 50°F (10°C) o superiore. Quando l'SFRS è soggetto a Temperatura di servizio inferiori a 50°F, la Clausola 6.2.2 richiede un Minimo superiore di 40 ft-lbf (54 J) testato alla LAST o superiore.

La struttura CVN a due livelli significa che i progetti in climi moderati (LAST ≥ 50°F) possono utilizzare Metalli d'Apporto della Tabella 6.4 con 20 ft-lbf certificati a 0°F senza test aggiuntivi sul lotto, mentre i progetti in climi freddi (LAST < 50°F) devono utilizzare Metalli d'Apporto con 40 ft-lbf certificati sul lotto alla Temperatura di servizio effettiva. I Metalli d'Apporto standard D1.1 non sono tenuti a soddisfare nessuno dei due livelli di tenacità. I fabbricanti devono Verificare che lo specifico lotto di Metallo d'Apporto acquistato per la Saldatura a sollecitazione critica sia stato testato e certificato per soddisfare il livello di tenacità D1.8 applicabile. Specificare semplicemente la classificazione del Metallo d'Apporto AWS (ad esempio, E71T-1) non è sufficiente — i risultati dei test specifici del lotto devono essere esaminati.

D1.8 richiede inoltre che i risultati dei test sull'Idrogeno Diffusibile del produttore del Metallo d'Apporto siano disponibili per le applicazioni a sollecitazione critica. Livelli più bassi di idrogeno nel deposito di Saldatura riducono il rischio di cricche assistite da idrogeno nella Zona Termicamente Alterata e migliorano la tenacità complessiva del giunto saldato.

Qualificazione della Procedura e del Saldatore per Applicazioni Sismiche

D1.8 aggiunge controlli sul metallo d'apporto e sulla produzione alla Clausola 6 di D1.1. Il commento C-6.2.1 afferma che questo supplemento non richiede che le WPS siano qualificate mediante prova. I metalli d'apporto per saldature demand-critical devono essere valutati ad alto e basso Apporto Termico secondo l'Annex A WPS Heat Input Envelope Prova così da dimostrare le proprietà della Tabella 6.3, inclusa la CVN, nel metallo di saldatura. La temperatura interpass massima è un limite di produzione. I saldatori devono comunque dimostrare competenza sulle specifiche configurazioni di giunto.

D1.8 sovrappone la valutazione dell'inviluppo di apporto termico del metallo d'apporto e i limiti termici di produzione alla qualifica D1.1. Il commento C-6.2.1 afferma che questo supplemento non richiede che le WPS siano qualificate mediante prova, e che le disposizioni WPS prequalificate di D1.1 restano applicabili. I controlli di apporto termico, preriscaldo e PWHT per le saldature demand-critical sono limiti di produzione e di inviluppo del metallo d'apporto, non una regola generale per cui ogni variazione di variabile essenziale supplementare D1.1 impone un nuovo PQR. Il commento C-6.2.1 rileva che lo SMAW con elettrodi a basso idrogeno della Table 6.4, e il GMAW con elettrodi pieni, depositano di routine le proprietà della Table 6.3, per cui la prova dell’Annex A non è necessaria per quelle combinazioni; la clausola 6.2.1 circoscrive tale esenzione ai filler della Table 6.4 quando LAST è 50°F o superiore.

La WPS per saldature demand-critical deve specificare sia il Preriscaldo minimo (da D1.1 Table 5.11) sia la temperatura interpass massima (550°F secondo D1.8). La saldatura di produzione deve restare entro tali limiti termici e entro l'inviluppo di heat input delle prove sul metallo d'apporto dell'Annex A. L'Annex A valuta il metallo d'apporto ad alto e basso heat input; non è un provino obbligatorio di qualifica di procedura né un PQR.

D1.8 consente WPS prequalificate D1.1 per le saldature del sistema sismoresistente, comprese quelle demand-critical. C-6.2.1 afferma che le disposizioni D1.1 sulle WPS prequalificate restano applicabili; il controllo aggiuntivo demand-critical è la valutazione dell'inviluppo di heat input del metallo d'apporto, non un divieto di prequalifica. L'ingegnere responsabile deve identificare chiaramente quali saldature sono demand-critical nei documenti contrattuali affinché il fabbricante applichi i controlli di inviluppo e tenacità.

Le saldature demand-critical richiedono metalli d'apporto valutati ad alto e basso heat input secondo D1.8 Annex A WPS Heat Input Envelope Testing, con CVN e le altre proprietà della Table 6.3. Tale prova di inviluppo è una valutazione del metallo d'apporto, non un obbligo generalizzato di PQR. Le WPS prequalificate D1.1 restano utilizzabili quando l'heat input di produzione resta entro l'inviluppo provato. Ove specificato dall'Ingegnere, il trattamento termico post-saldatura (PWHT) segue D1.1 Section 7.8. Tutte le saldature demand-critical richiedono ispezione da un ispettore di saldatura qualificato.

Come D1.8 si Confronta con Altri Codici Strutturali AWS

D1.8 integra D1.1 per le applicazioni sismiche — non è autonomo. D1.5 copre i ponti con requisiti critici per la frattura. Sia D1.8 che D1.5 aggiungono requisiti di tenacità oltre a D1.1. D1.8 utilizza la classificazione delle saldature a sollecitazione critica; D1.5 utilizza la classificazione degli elementi critici per la frattura. D1.8 fa riferimento ad AISC 341; D1.5 fa riferimento ad AASHTO.

D1.8 vs D1.1 (Strutturale Standard)

D1.1 covers standard Saldatura Acciaio Strutturale without seismic Requisiti. D1.8 supplements D1.1 by adding demand-critical Saldatura categories, Massimo Temperatura Interpass Limiti, mandatory CVN toughness for filler metals, and production heat-input and interpass limits on demand-critical welds. All D1.1 requirements remain in effect — D1.8 only adds to them. Commentary C-6.2.1 does not require WPSs to be qualified by testing; D1.1 prequalified-WPS provisions still apply. A welder qualified under D1.1 must also meet D1.8 performance requirements when performing demand-critical welds; the D1.1 welder qualification alone is not sufficient.

D1.8 vs D1.3 (Lamiere d'Acciaio)

D1.3 covers sheet steel with Spessore at or below 3/16 inch. D1.8 does not directly address sheet steel connections, but cold-formed steel framing in seismic regions may involve both standards. D1.8 demand-critical requirements do not apply to sheet steel connections unless specifically designated by the engineer of record, which is uncommon because sheet steel connections are typically designed as flexible elements in the seismic force-resisting system.

D1.8 vs D1.5 (Ponti)

Il Codice di Saldatura per Ponti AWS D1.5 ha le proprie disposizioni per gli elementi critici per la frattura (FCM) che servono a uno scopo simile ai requisiti a sollecitazione critica di D1.8, ma per applicazioni di ponti piuttosto che per applicazioni sismiche di edifici. Sia D1.8 che D1.5 FCM richiedono una maggiore tenacità del Metallo d'Apporto, controlli termici più severi e ispezioni aggiuntive. I requisiti specifici di tenacità e le temperature di prova differiscono tra i due Codici perché le condizioni di carico (sismico contro fatica) e gli ambienti di servizio differiscono.

Guide agli Standard Correlati

• AWS D1.1 — Structural Steel
• AWS D1.2 — Aluminum
• AWS D1.3 — Sheet Steel
• AWS D1.4 — Reinforcing Steel
• AWS D1.6 — Stainless Steel
• AWS D1.9 — Titanium
• Heavy-Section CJP Weld Planning — D1.1 and D1.8
• ASME Section IX — Saldatura Qualification
• API 1104 — Pipeline Welding
• CSA W59 — Welded Steel Construction
• CSA W47.1 — Company Certification
• ASME IX P-Numbers Guide
• ASME IX F-Numbers Guide
• Pipeline Welding Requirements
• D1.1 Preheat Calculator
• D1.4 Rebar Preheat Calculator
• D1.5 Bridge Preheat Calculator
• AWS D1.5 — Bridge Welding Code
• AS/NZS 1554 — Structural Steel Welding (Australian Standard)