Connessioni a momento: calcolale tutte!

In generale, il collegamento a momento è un giunto che, oltre alle forze normali e di taglio, consente il trasferimento di forze di momento flettente tra due elementi strutturali o dalla struttura alla fondazione.

Un qualche tipo di collegamento a momento si trova in quasi tutte le strutture, ma il loro uso tipico è in

• telai trasversali di capannoni in acciaio
• telai di strutture multipiano
• telai di irrigidimento alternative per campi di controventamento

Esistono diversi tipi di classificazione:

In base alla sezione trasversale utilizzata:

• Sezioni aperte
• Sezioni cave
• Combinati

In base agli elementi di collegamento:

• Saldato (solo)
• Imbullonato (solo)
• Combinato

In base all'utilizzo nelle strutture sismiche:

• Sismico
• Non sismico

In base alla tipologia

• Piastra terminale a tutta profondità
• Piastra terminale estesa
• Piastra di estremità estesa irrigidita
• Trave a gomito
• ecc.

Il più delle volte, quando si parla di connessioni a momento, si parla di connessioni rigide. Ma non dobbiamo dimenticare le connessioni semirigide (o parzialmente vincolate), che possono anche trasferire momenti flettenti significativi. La rigidità del collegamento a momento è fondamentale e potete trovare informazioni utili nel nostro post dedicato a questo argomento.

Dal punto di vista della progettazione strutturale, il mondo è costituito da due tipi di regioni continentali: quelle sismiche attive e quelle sismiche non attive.

È la posizione della struttura progettata che è cruciale per le opzioni e i limiti considerati dal progettista. Quando la struttura deve essere trattata come struttura sismica, il modello strutturale globale deve essere adattato in modo molto preciso al comportamento previsto sotto carico sismico. La rigidezza laterale della struttura deve essere assicurata con una tipologia strutturale appropriata. A tal fine, gli ingegneri strutturali ricorrono principalmente a controventi diagonali, pareti a taglio o telai resistenti al momento (MRF).

Collegamenti sismici AISC

Esiste un elenco di connessioni appropriate per questi telai, fornito dalle linee guida di progettazione statunitensi. Sono note come connessioni prequalificate , specificate in ANSI/AISC 358-16.

Alcuni esempi sono riportati nelle immagini seguenti:

1. Sezione ridotta della trave (RBS)
2. Piastra di estremità estesa non irrigidita imbullonata (BUEEP)
3. Piastra di estremità estesa irrigidita imbullonata (BSEEP)
4. Piastra di flangia imbullonata (BFP)
5. Flangia non rinforzata saldata - anima saldata (WUF-W)
6. Staffa imbullonata Kaiser (KBB)
7. Collegamento a momento Simpson Strong-Tie (Strong Frame)
8. Connessione a momento a doppio stelo

Collegamenti a momento per HSS (profilati cavi in acciaio)

Come abbiamo detto in precedenza, i collegamenti a momento non sono adatti solo per le sezioni aperte. Molto spesso si vuole o si deve utilizzare anche la sezione cava. Abbiamo quindi delle opzioni? Sì, è così:

• Connessioni di travi continue su colonne in HSS
• Connessioni a momento con piastra passante
• Connessioni a Momento con piastra tagliata/incollata
• Connessioni Momento Tee Flangia Saldata
• Collegamenti a momento di piastre di estremità
• Collegamenti Momento Piastra Diaframma
• Collegamenti direttamente saldati

Qualcuno potrebbe dire: Sì, ma gli HSS non sono ammessi per le connessioni sismiche pre-qualificate. Questo è vero, a meno che non li si utilizzi nei tipi di connessioni a momento SidePlate.

(a) costruzione di travi e colonne a flangia larga su un solo lato;

(b) costruzione di travi e colonne a flangia larga su due lati;

(c) trave a flangia larga e colonna in HSS o a cassone;

(d) trave in HSS senza piastre di copertura e colonna a flangia larga;

(e) trave in HSS con piastre di copertura su colonna a flangia larga;

(f) Trave in HSS con piastre di copertura su colonna in HSS o su colonna scatolata.

IDEA StatiCa Connection ha preparato dei modelli anche per questi tipi di connessione complicati e raramente utilizzati. Utilizzandoli si può risparmiare molto tempo.

Collegamenti sismici EN - Equaljoints

I continui sforzi per adattare le connessioni sismiche anche nei codici europei di progettazione strutturale dell'acciaio sono presenti da molto tempo.

Un progetto chiamato Equaljoints è attualmente in fase di sviluppo da parte dell'ECCS (European Convention for Constructional Steelwork) nell'ambito delle attività volte a stabilire linee guida per la progettazione di connessioni sismiche per la standardizzazione degli Eurocodici.

a) Connessione ad arco

b) Giunto a piastra terminale irrigidita estesa

c) Giunto a piastra estesa non irrigidita

d) Articolazioni a osso di cane

Questo progetto fornirà criteri di prequalificazione dei giunti in acciaio per la prossima versione della norma EN 1998-1: Progettazione di strutture per la resistenza ai terremoti. IDEA StatiCa partecipa a questo progetto e i risultati sperimentali sono stati confrontati con i risultati dell'analisi CBFEM incorporati nell'applicazione Connection. Qui potete vedere come vengono svolti in pratica gli esperimenti e le verifiche.

Irrigidimenti

Quando è necessario trasferire un grande momento flettente da un elemento all'altro, spesso è necessario aggiungere degli irrigidimenti a piastra per mantenere la continuità del flusso di forze. Ma dove e come progettarli correttamente?

A volte è la struttura stessa a limitare le opzioni e dobbiamo adattare il progetto ad altri elementi strutturali. D'altra parte, quando si ha il lusso di progettare gli irrigidimenti al meglio delle proprie conoscenze, è necessario essere consapevoli delle opzioni disponibili.

Alcuni esempi di disposizione degli irrigidimenti:

Ottimizzazione dei costi

I collegamenti a momento non sono i più economici. Anzi, possono essere la parte più costosa dell'intera struttura se si considerano la produzione, il trasporto e il montaggio.

Esiste sempre un gran numero di possibilità di progettazione di un particolare collegamento, ma l'esperienza ci aiuta a scegliere quello corretto. Una grande funzione che può aiutarvi nella scelta del progetto più appropriato ed efficace è il Calcolatore dei costi di produzione, che vi mostra immediatamente come le modifiche al progetto influenzano il prezzo.

Calcolo e valutazione

Esistono molti modi e strumenti per il calcolo e la valutazione del tipo di connessione a momento specifico. Si possono trovare molte applicazioni che forniscono verifiche del codice per particolari disposizioni di connessione. Ma se si vuole valutare letteralmente una qualsiasi di esse, l'elenco delle opzioni si restringe. Se il vostro collegamento non fa parte solo di membrature separate ed è incorporato in una struttura spaziale con altre membrature collegate, vi restano solo due opzioni:

1) La prima consiste nel modellare l'intero insieme di connessioni come un modello non lineare a guscio in alcune applicazioni FEA avanzate, senza la possibilità di effettuare la verifica del codice secondo uno standard specifico.

2) La seconda opzione consiste nell'utilizzare l'applicazione IDEA StatiCa Connection. In questo caso, non si hanno limitazioni nella modellazione e nelle analisi. In pochi minuti, si preparano le verifiche dei bulloni, delle saldature e delle tensioni-deformazioni in base al codice di progettazione selezionato.

Basta selezionare il modello, modificarlo, ottimizzarlo in base ai risultati e valutare tutte le verifiche necessarie in pochi minuti:

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