Collegamenti a momento - calcolali tutti!

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

Un qualche tipo di collegamento a momento si trova in quasi ogni struttura, ma il loro utilizzo tipico è in 

• telai trasversali di capannoni in acciaio
• telai di strutture multipiano
• telai di irrigidimento alternativi ai controventi

Esistono diversi tipi di classificazione:

In base alla sezione trasversale utilizzata:

• Sezioni aperte
• Sezioni cave
• Combinate

In base agli elementi di collegamento:

• Saldate (solo)
• Bullonate (solo)
• Combinate

In base all'utilizzo in strutture sismiche:

• Sismiche
• Non sismiche

In base alla tipologia

• Piastra d'estremità a piena altezza
• Piastra d'estremità estesa
• Piastra d'estremità estesa con irrigidimento
• Trave con mensola rastremata
• ecc.

Molto spesso, quando si parla di collegamenti a momento, si fa riferimento a collegamenti rigidi. Ma non bisogna dimenticare i collegamenti semi-rigidi (o parzialmente vincolati), che possono anch'essi trasferire momenti flettenti significativi. La rigidezza del collegamento a momento è fondamentale e puoi trovare informazioni utili nel nostro articolo del blog dedicato a questo argomento.  

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

È la posizione della struttura progettata a essere determinante 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 con grande precisione al comportamento atteso sotto azione sismica. La rigidezza laterale strutturale deve essere garantita con un'adeguata tipologia strutturale. A tale scopo, gli ingegneri strutturali ricorrono principalmente a controventi diagonali, pareti di taglio o telai resistenti ai momenti (MRF).

Collegamenti sismici AISC 

Esiste un elenco di collegamenti appropriati per questi telai, fornito dalle linee guida di progettazione statunitensi. Sono noti come Prequalified Connections specificati in ANSI/AISC 358-16.

Puoi trovare alcuni esempi nelle immagini seguenti: 

1. Sezione di trave ridotta (RBS)
2. Piastra d'estremità estesa non irrigidita bullonata (BUEEP)
3. Piastra d'estremità estesa irrigidita bullonata (BSEEP)
4. Piastra di flangia bullonata (BFP)
5. Flangia non rinforzata saldata - anima saldata (WUF-W)
6. Staffa bullonata Kaiser (KBB)
7. Collegamento a momento Simpson Strong-Tie (Strong Frame)
8. Collegamento a momento a doppio T

Collegamenti a momento per HSS (sezioni cave in acciaio)

Come accennato in precedenza, i collegamenti a momento non sono adatti solo alle sezioni aperte. Molto spesso si desidera o si ha la necessità di utilizzare anche la sezione cava. Abbiamo quindi delle opzioni? Sì:

• Collegamenti di trave continua su colonna HSS
• Collegamenti a momento con piastra passante
• Collegamenti a momento con piastra ritagliata / con collare
• Collegamenti a momento con flangia a T saldata
• Collegamenti a momento con piastra d'estremità
• Collegamenti a momento con piastra diaframma
• Collegamenti saldati direttamente

Qualcuno potrebbe dire: sì, ma le HSS non sono ammesse per i collegamenti sismici prequalificati. È vero, a meno che non vengano utilizzate nei tipi di collegamento a momento SidePlate.

     (a) costruzione con trave a sezione aperta e colonna su un lato;

     (b) costruzione con trave a sezione aperta e colonna su due lati;

     (c) trave a sezione aperta su colonna HSS o scatolare composta;

     (d) trave HSS senza piastre di copertura su colonna a sezione aperta;

     (e) trave HSS con piastre di copertura su colonna a sezione aperta; 

     (f) trave HSS con piastre di copertura su colonna HSS o scatolare composta

IDEA StatiCa Connection ha preparato modelli anche per questi tipi di collegamento piuttosto rari e complessi. Utilizzandoli è possibile risparmiare molto tempo.

Collegamenti sismici EN - Equaljoints

Gli sforzi continui per adattare i collegamenti sismici anche nelle normative europee di progettazione strutturale in acciaio sono presenti da un tempo considerevole.

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

     a) Collegamento con mensola rastremata

     b) Giunto con piastra d'estremità estesa irrigidita

     c) Giunto con piastra d'estremità estesa non irrigidita

     d) Giunti dog-bone

Questo progetto fornirà criteri di prequalifica dei giunti in acciaio per la prossima versione di EN 1998-1: Progettazione delle strutture per la resistenza sismica. IDEA StatiCa partecipa a questo progetto e i risultati sperimentali sono stati confrontati con i risultati dell'analisi CBFEM incorporata nell'applicazione Connection. Puoi dare un'occhiata qui a come vengono condotti in pratica gli esperimenti e le verifiche.

Irrigidimenti 

Quando è necessario trasferire un grande momento flettente da un elemento all'altro, spesso occorre aggiungere delle piastre di irrigidimento per mantenere la continuità del flusso delle forze. Ma dove e come progettarle correttamente? 

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

Alcuni esempi di disposizione degli irrigidimenti:

Ottimizzazione dei costi

I collegamenti a momento non sono i più economici. In effetti, possono rappresentare la parte più costosa dell'intera struttura quando si tiene conto della produzione, del trasporto e del montaggio.

Esiste sempre un gran numero di possibilità per progettare il collegamento specifico, ma l'esperienza aiuta a scegliere quello corretto. Una funzionalità eccellente che può aiutare nella scelta del progetto più appropriato ed efficace è il calcolatore dei costi di produzione, che mostra immediatamente come le modifiche al progetto influenzano il prezzo.

Calcolo e verifica 

Esistono molti modi e strumenti per il calcolo e la verifica del tipo specifico di collegamento a momento. È possibile trovare molte applicazioni che forniscono verifiche normative per particolari configurazioni di collegamento. Ma se si desidera verificarne letteralmente qualsiasi tipo, l'elenco delle opzioni si riduce. Se il collegamento non fa parte di soli elementi separati ed è inserito in una struttura spaziale con altri elementi collegati, rimangono solo due opzioni:

1) La prima consiste nel modellare l'intero insieme del collegamento come modello non lineare a guscio in alcune applicazioni FEA avanzate, senza la possibilità di eseguire la verifica normativa secondo una norma specifica.

2) La seconda opzione è utilizzare l'applicazione IDEA StatiCa Connection. In questo caso non ci sono limitazioni nella modellazione e nelle analisi. In pochi minuti si preparano le verifiche di bulloni, saldature e tensione-deformazione direttamente secondo il codice di progettazione selezionato. 

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

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