Verifica dei componenti del collegamento in acciaio (HKG)

La tensione equivalente risultante (HMH, von Mises) e la deformazione plastica sono calcolate sulle piastre. Quando viene raggiunta la resistenza di snervamento di progetto, $p_y$ (Cl. 3.1.2), nel diagramma bilineare del materiale, viene eseguita la verifica della deformazione plastica equivalente. Il valore limite del 5% è suggerito nell'Eurocode (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Nota 1). Questo valore può essere modificato nella configurazione del codice, ma gli studi di verifica sono stati condotti per questo valore raccomandato. 

L'elemento piastra è suddiviso in cinque strati e il comportamento elastico/plastico viene analizzato in ciascuno di essi. Il programma mostra il risultato peggiore tra tutti.

La tensione può essere leggermente superiore alla resistenza di snervamento di progetto. Il motivo è la leggera inclinazione del ramo plastico del diagramma tensione-deformazione, utilizzato nell'analisi per migliorare la stabilità del calcolo.

$$p_y = \min \left \{ \frac{Y_s}{\gamma_{m1}}, \frac{U_s}{\gamma_{m2}} \right \}$$

dove:

• $p_y$ – resistenza di snervamento di progetto
• $Y_s$ – resistenza di snervamento caratteristica
• $U_s$ – resistenza a trazione minima
• $\gamma_{m1}$ – fattore di materiale (Tabella 4.1); valore predefinito $\gamma_{m1} = 1$ modificabile nella configurazione del codice
• $\gamma_{m2}$ – fattore di materiale (Tabella 4.1); valore predefinito $\gamma_{m2} = 1.2$ modificabile nella configurazione del codice

Saldature di testa

Si presuppone che le saldature di testa siano a piena penetrazione e la loro resistenza è considerata pari a quella del metallo base – Cl. 9.2.5.2.1.

Saldature d'angolo

Le saldature d'angolo sono progettate con il metodo semplificato secondo il Cl. 9.2.5.1.6. 

$$f_w \le p_w$$

• $f_w = \sqrt{\sigma_\perp ^2 + \tau_\perp ^2 + \tau_\parallel ^2}$ – somma vettoriale delle tensioni nella gola della saldatura in tutte le direzioni
• $p_w$ – resistenza di progetto della saldatura d'angolo determinata secondo le Tabelle 9.2a e 9.2b; per i casi non coperti dalle Tabelle 9.2a e 9.2b:

  • $p_w = \min \{0.5 U_e, 0.55 U_s\}$ – per elettrodo EN utilizzato con acciaio EN
  • $p_w = 0.38 \min \{U_e, U_s\}$ – per altri casi
• $U_e$ – resistenza a trazione minima dell'elettrodo
• $U_s$ – resistenza a trazione minima

La lunghezza efficace della saldatura d'angolo è ridotta di $2\cdot s$ secondo il Cl. 9.2.5.1.3, dove $s$ è il lato del cordone di saldatura d'angolo assunto pari a $a\cdot \sqrt{2}$.

Tabelle 9.2a e 9.2b: Resistenze di progetto $p_w$ [MPa]

Resistenza a trazione minima predefinita dell'elettrodo $U_e$ [MPa]

I diagrammi della saldatura mostrano la tensione secondo la seguente formula:

$$\sigma = \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + 3 \tau_{\parallel}^2 }$$

Bulloni a trazione

La resistenza a trazione del bullone è verificata secondo il Cl. 9.3.7.1 come:

$$P_t = A_s \cdot p_t$$

dove:

• $A_s$ – area della sezione resistente a trazione
• $p_t$ – resistenza a trazione ottenuta dalla Tabella 9.8

Le forze di leva sono prese in considerazione tramite l'analisi agli elementi finiti.

Bulloni a taglio

La capacità a taglio dei bulloni è assunta secondo il Cl. 9.3.6.1.1 come:

$$P_s = p_s \cdot A_s$$

dove:

• $p_s$ – resistenza a taglio di progetto ottenuta dalla Tabella 9.5
• $A_s$ – area a taglio efficace; $A_s = A_t$ se il filetto è intercettato dal piano di taglio, altrimenti $A_s$ è assunta pari all'area della sezione trasversale del gambo
• $A_t$ – area resistente a trazione 

Secondo il Cl. 9.3.6.1.6, quando un bullone attraversa un'imbottitura di spessore $t_{pa}$ maggiore di un terzo del diametro nominale $d$, la sua capacità a taglio $P_s$ deve essere ridotta moltiplicando per un fattore di riduzione $\beta_p$ ottenuto da:

$$\beta_p = \frac{9d}{8d+3t_{pa}} \le 1$$

Bulloni a trazione e taglio combinati

La combinazione di trazione e taglio è verificata secondo il Cl. 9.3.8.1 come:

$$\frac{F_s}{P_s} + \frac{F_{tot}}{P_t} \le 1.4$$

dove:

• $F_s$ – forza di taglio nel bullone
• $P_s$ – resistenza a taglio del bullone
• $F_{tot}$ – trazione totale applicata al bullone inclusa la forza di leva
• $P_t$ – resistenza a trazione del bullone

Bulloni a rifollamento

La capacità a rifollamento dei bulloni è assunta secondo il Cl. 9.3.6.1.2 come:

$$P_{bb} = d \cdot t_p \cdot p_{bb}$$

dove:

• $d$ – diametro nominale del bullone
• $t_p$ – spessore della piastra collegata
• $p_{bb}$ – resistenza a rifollamento del bullone ottenuta dalla Tabella 9.6

Ogni piastra è verificata separatamente e viene mostrato il risultato più sfavorevole.

La capacità a rifollamento delle parti collegate è assunta secondo il Cl. 9.3.6.1.3 come il minimo tra i seguenti:

$$P_{bs} = k_{bs} \cdot d \cdot t_p \cdot p_{bs}$$

$$P_{bs} = 0.5 \cdot k_{bs} \cdot e \cdot t_p \cdot p_{bs}$$

$$P_{bs} = 1.5 \cdot l_c \cdot t_p \cdot U_s \le 2.0 \cdot d \cdot t_p \cdot U_b$$

dove:

• $k_{bs}$ – coefficiente del foro assunto come

  • per fori standard $k_{bs} = 1.0$
  • per fori sovradimensionati e asole corte $k_{bs} = 0.7$
  • per asole lunghe $k_{bs} = 0.5$
• $d$ – diametro nominale del bullone
• $t_p$ – spessore della piastra collegata
• $p_{bs}$ – resistenza a rifollamento delle parti collegate

  • per acciaio di grado S275, $p_{bs} = 460$ MPa
  • per acciaio di grado S355, $p_{bs} = 550$ MPa
  • per acciaio di grado S460, $p_{bs} = 670$ MPa
  • per acciaio di altri gradi, $p_{bs} = 0.67 (U_s+Y_s)$
• $e$ – distanza dal bordo nella direzione della forza di taglio misurata dall'asse del bullone
• $l_c$ – distanza netta tra il bordo portante dei fori e il bordo più vicino del foro adiacente nella stessa direzione di trasferimento del carico
• $U_s$ – resistenza minima a trazione della piastra collegata
• $Y_s$ – resistenza caratteristica allo snervamento della piastra collegata
• $U_b$ – resistenza minima a trazione specificata del bullone

Capacità a taglio

La capacità a taglio dei bulloni precaricati è determinata secondo il Cl. 9.3.6.2 come:

$$P_{SL} = 0.9 \cdot K_s \cdot \mu \cdot P_0$$

dove:

• $K_s$ – coefficiente del foro assunto come

  • per fori standard $K_s = 1.0$
  • per fori sovradimensionati $K_s = 0.85$
  • per fori assolettati $K_s = 0.7$
• $\mu$ – fattore di scorrimento tra le parti collegate dalla Tabella 9.7; modificabile nella configurazione del Codice
• $P_0$ – carichi di prova minimi dei bulloni specificati nelle norme internazionali o locali pertinenti

Combinazione di trazione e taglio

La combinazione di trazione e taglio è verificata secondo il Cl. 9.3.8.2 come:

$$\frac{F_s}{P_{SL}}+\frac{F_{tot}}{0.9\cdot P_0} \le 1.0$$

dove:

• $F_s$ – forza di taglio in un bullone
• $P_{SL}$ – resistenza allo scorrimento di un bullone precaricato
• $F_{tot}$ – trazione totale applicata nel bullone inclusa la forza di leva
• $P_0$ – carico di prova minimo specificato di un bullone precaricato

Calcestruzzo a compressione locale

Il calcestruzzo a compressione locale viene verificato secondo CoP – SUoS – Cl. 9.4.1 come:

$$\sigma \le w$$

dove:

• $\sigma$ – tensione media di compressione sull'area efficace $A_{eff}$ che è l'intersezione di due aree:

  • $A_{CM}$ – area efficace determinata secondo Cl. 9.4.1 per pura compressione
  • $A_{FEM}$ – area sotto la piastra di base a contatto con il calcestruzzo determinata tramite FEA
• $w = 0.6 f_{cu}$ – resistenza a compressione del calcestruzzo per carichi concentrati 
• $f_{cu}$ – resistenza caratteristica minima a compressione del calcestruzzo

L'area efficace $A_{CM}$ è l'area dell'elemento in acciaio comprensiva degli irrigidimenti saldati alla piastra di base, aumentata della sovrapposizione $c$:

$$c = t_p \sqrt{\frac{p_{yp}}{3w}}$$

dove:

• $t_p$ – spessore della piastra di base
• $p_{yp}$ – resistenza di progetto allo snervamento della piastra di base

La pressione nella zona compressa è considerata uniforme.

Trasferimento del taglio

L'azione di taglio alla piastra di base si assume venga trasferita dal pilastro alla fondazione in calcestruzzo tramite:

1. Attrito tra piastra di base e calcestruzzo/malta
2. Chiavetta a taglio
3. Bulloni di ancoraggio

Ancoraggi

Le forze di trazione negli ancoraggi includono le forze di leva e sono determinate tramite analisi agli elementi finiti.

Gli ancoraggi non vengono verificati nel software.

Bulloni

L'interasse minimo dei bulloni è secondo il Cl. 9.3.1.1: il centro-centro dei bulloni deve essere maggiore di $2.5 \cdot d$, dove $d$ è il diametro nominale del bullone.

La distanza minima dal bordo misurata dall'asse del bullone è secondo la Tabella 9.3:

Saldature

La dimensione minima del lato del cordone d'angolo è verificata secondo la Tabella 9.1.

La verifica normativa della capacità non è richiesta dagli standard di Hong Kong.

I giunti sono classificati in base alla rigidezza del giunto in:

• Rigido – giunti con variazione trascurabile degli angoli originali tra gli elementi,
• Semi-rigido – giunti che si assume abbiano la capacità di fornire un grado affidabile e noto di vincolo flessionale,
• Cernierato – giunti che non sviluppano momenti flettenti.

I giunti sono classificati secondo EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2.

• Rigido – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b$
• Semi-rigido – $0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b$
• Cernierato – $\frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5$

dove:

• S_j,ini – rigidezza iniziale del giunto; la rigidezza del giunto è assunta lineare fino a 2/3 di M_j,Rd
• L_b – lunghezza teorica dell'elemento analizzato; impostata nelle proprietà dell'elemento
• E – modulo di elasticità di Young
• I_b – momento di inerzia dell'elemento analizzato
• k_b = 8 per telai in cui il sistema di controvento riduce lo spostamento orizzontale di almeno l'80%; k_b = 25 per altri telai, a condizione che in ogni piano K_b/K_c ≥ 0.1. Il valore k_b = 25 viene utilizzato a meno che l'utente non imposti "sistema controventato" nelle impostazioni del codice.
• M_j,Rd – resistenza di progetto a momento del giunto
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c