Features

Bulloni e collegamenti bullonati

04/02/2021

| Autore: Alexander Szotkowski

Steel

Bolts

Connection

Questo articolo è disponibile anche in:

Tradotto dall'intelligenza artificiale dall'inglese

Bulloni e saldature sono gli elementi più difficili nella progettazione dei collegamenti in acciaio. I fogli di calcolo Excel spesso semplificano eccessivamente il loro calcolo. La loro modellazione nei programmi FEM generali è complicata perché questi programmi non offrono set predefiniti di elementi. Per questo motivo il metodo CBFEM è stato sviluppato e implementato in IDEA StatiCa.

Modello di bullone secondo CBFEM

IDEA StatiCa dispone di un metodo unico nel suo solver, il Metodo degli Elementi Finiti basato sui Componenti (CBFEM). Il modello di bullone utilizzato nel CBFEM è descritto e verificato rispetto a diversi codici di progettazione delle strutture in acciaio. La resistenza al carico e la capacità di deformazione sono inoltre confrontate con i principali programmi di ricerca sperimentale.

Nel Metodo degli Elementi Finiti basato sui Componenti (CBFEM), il bullone con il suo comportamento a trazione, taglio e rifollamento è il componente descritto da molle non lineari dipendenti. Il bullone a trazione è descritto da una molla con la sua rigidezza assiale iniziale, resistenza di progetto, inizio della plasticizzazione e capacità di deformazione. Per l'inizio della plasticizzazione e la capacità di deformazione, si assume che la deformazione plastica si verifichi solo nella parte filettata del gambo del bullone.

Nel nostro Background teorico è possibile trovare ulteriori informazioni su come il metodo CBFEM descrive e verifica i bulloni. Se si desidera saperne di più sul CBFEM in generale, il Background teorico generale completo è sicuramente il punto di partenza migliore.

Bulloni secondo i codici di progettazione

Vediamo come il CBFEM affronta i bulloni dal punto di vista dei singoli codici di progettazione. Finora, IDEA StatiCa supporta otto codici di progettazione in cui vengono trattati la progettazione e/o i dettagli costruttivi di bulloni e bulloni precaricati.

Verifica di bulloni e bulloni precaricati secondo l'Eurocodice

La rigidezza iniziale e la resistenza di progetto dei bulloni a taglio sono modellate nel CBFEM secondo il Cl. 3.6 e 6.3.2 della EN 1993-1-8. La molla che rappresenta il rifollamento e la trazione ha un comportamento forza-deformazione bilineare con rigidezza iniziale e resistenza di progetto secondo il Cl. 3.6 e 6.3.2 della EN 1993-1-8.

Dettagli costruttivi

La verifica dei bulloni viene eseguita se l'opzione è selezionata nella configurazione del codice. Vengono verificate le distanze dal centro del bullone ai bordi della piastra e tra i bulloni. La distanza dal bordo e = 1,2 e l'interasse tra bulloni p = 2,2 sono raccomandati nella Tabella 3.3 della EN 1993-1-8. Gli utenti possono modificare entrambi i valori nella configurazione del codice.

Verifica di bulloni e bulloni precaricati secondo AISC

Le forze nei bulloni sono determinate tramite analisi agli elementi finiti. Le forze di trazione includono le forze di leva. Le resistenze dei bulloni sono verificate secondo AISC 360 - Capitolo J3.

Dettagli costruttivi

Vengono verificati l'interasse minimo tra bulloni e la distanza minima dal centro del bullone al bordo di una parte collegata. L'interasse minimo pari a 2,66 volte (modificabile nella configurazione del codice) il diametro nominale del bullone tra i centri dei bulloni è verificato secondo AISC 360-16 – J.3.3. La distanza minima dal centro del bullone al bordo di una parte collegata è verificata secondo AISC 360-16 – J.3.4; i valori sono nelle Tabelle J3.4 e J3.4M.

Verifica di bulloni e bulloni precaricati secondo altri standard

Dettagli costruttivi dei bulloni

Come impostare le distanze

Le distanze dal bordo utilizzate per la resistenza al rifollamento dei bulloni devono essere pertinenti per geometrie generali delle piastre, piastre con aperture, intagli, ecc.

L'algoritmo legge la direzione reale del vettore della forza di taglio risultante in un dato bullone e calcola quindi le distanze necessarie per la verifica al rifollamento.

Le distanze di estremità (e₁) e di bordo (e₂) sono determinate dividendo il contorno della piastra in tre segmenti. Il segmento di estremità è indicato da un intervallo di 60° nella direzione del vettore forza. I segmenti di bordo sono definiti da due intervalli di 65° perpendicolari al vettore forza. La distanza più breve da un bullone a un segmento rilevante viene quindi assunta come distanza di estremità o di bordo.

Le distanze tra i fori dei bulloni (p₁; p₂) sono determinate ingrandendo virtualmente i fori dei bulloni circostanti di metà del loro diametro, tracciando poi due linee nella direzione e perpendicolarmente al vettore della forza di taglio. Le distanze ai fori dei bulloni ingranditi intersecati da queste linee vengono quindi considerate come p₁ e p₂ nel calcolo.

Esempi di verifica

Abbiamo preparato diversi esempi di verifica per confrontare i risultati con altri metodi di calcolo.

EN

AISC

Altri esempi di verifica

Tecnologia brevettata per ingegneri strutturali

Sapevi che la nostra soluzione per il modello di bullone è parte di un brevetto statunitense? Leggi qui la nostra storia di successo.

Giunto con un solo bullone - la nostra soluzione

A volte, l'ingegnere ha la necessità di realizzare un giunto con un solo bullone, in particolare quando si prevede ad esempio una cerniera, una controventatura, un'asta o una diagonale. Per modellare e calcolare questo tipo di operazione, è necessario definire un appropriato Tipo di modello dell'elemento. Ulteriori informazioni sono disponibili qui.

Bulloni, saldature e rigidezza di un giunto

Sia i bulloni che le saldature presentano vantaggi e svantaggi. Uno degli aspetti importanti nella scelta di un giunto è la sua rigidezza prevista. In generale, un giunto bullonato non è mai rigido quanto un giunto saldato. Se si sceglie un collegamento bullonato, si raccomanda di calcolare la rigidezza di tale collegamento e di tenere conto della rigidezza risultante nella struttura complessiva. È possibile leggere come appare tale calcolo e cosa comporta qui, oppure guardare questo video.