Durante l'analisi di ogni modello strutturale, un ingegnere deve definire il tipo di connessione tra le membrature. Poiché il modello deve rappresentare il comportamento reale della struttura, l'ingegnere deve prevedere quale tipo di connessione sia più adatta.

Una buona approssimazione del modello alla struttura reale è importante, soprattutto nel campo delle strutture in acciaio, dove si utilizzano soprattutto elementi lineari. Le strutture in acciaio sono ampiamente utilizzate per la loro efficacia.

Per ottenere i migliori risultati, i progettisti sono spesso costretti a ottimizzare non solo le sezioni trasversali delle membrature, ma anche la progettazione delle connessioni.

In generale, l'ingegnere strutturale deve scegliere tra 3 tipi fondamentali di connessioni, classificate in base alla rigidezza del giunto:

• Cerniere - giunti che non sviluppano momenti flettenti
• Rigidi - giunti con una variazione insignificante degli angoli originali tra gli elementi
• e un numero infinito di valori compresi tra giunti a cerniera e rigidi

Nel modello di analisi strutturale globale, vengono utilizzate soprattutto le prime due opzioni. Contrariamente, la maggior parte delle connessioni reali delle strutture in acciaio appartiene al terzo gruppo.

Questa classificazione è supportata dall'Eurocodice e dagli standard AISC. Sebbene la nomenclatura sia diversa, il significato è lo stesso.

Per entrambi i codici, vi è una serie di requisiti per una particolare classificazione. Se si desidera conoscere i dettagli, è sufficiente seguire le basi teoriche dell'Eurocodice o delle norme AISC. Prima di lanciarsi nelle valutazioni, si possono trovare molto utili alcune nozioni teoriche di base e avanzate.

Due principali situazioni problematiche

• I giunti considerati incernierati nel modello di analisi globale si comportano in modo semi-rigido nella realtà costruttiva (trasmettono i momenti flettenti all'elemento collegato).
• I giunti considerati rigidi non sono sufficientemente rigidi.

Soprattutto per motivi di produzione e assemblaggio, la prima situazione si verifica più spesso.

Alcuni potrebbero affermare che questa imprecisione è un aspetto sicuro e, pertanto, non causa alcun problema. E sì, i momenti flettenti nella campata sono ridotti nella struttura reale dai momenti di collegamento ai bordi.

Ma è necessario andare oltre: non è pericoloso per la trave stessa, ma per l'elemento a cui la trave è collegata!

Dimostrazione rapida

Mostriamo l'importanza di scegliere la connessione giusta per il giusto scopo. (e anche le conseguenze di un collegamento inadeguato per l'analisi globale).

Se modelli la connessione standard della trave del solaio alla trave principale, avrai molte alternative di tipologia di connessione. Ne ho scelte tre molto comuni.

Con IDEA StatiCa Connection è possibile calcolare la rigididezza della connessione in pochi secondi. Per un migliore confronto, ho aggiunto casi estremi con giunti rigidi e a cerniera:

• Connessione rigida
• Connessione 1 (Sj_,ini = 6,7 MNm/rad)
• Connessione 2 (Sj_,ini = 1,3 MNm/rad)
• Connessione 3 (Sj_,ini = 0,5 MNm/rad)
• Connessione a perno

Impatto della rigidezza sui momenti flettenti

Impatto della rigidezza sulle sollecitazioni efficaci (von Mises)

Come si può notare, mentre la trave viene utilizzata meno con l'aumento della rigidezza dei collegamenti, la trave principale può essere facilmente sovraccaricata in alcuni casi.

Il modo più comune per farlo

Quando l'ingegnere strutturale decide di prendere in considerazione la rigidezza reale della connessione (cosa che dovrebbe avvenire molto spesso), esistono diverse opzioni di calcolo.

• manuale
• in un modello di foglio di calcolo preimpostato
• calcolo con un software dedicato

Analisi dell'esempio

• si risolve una struttura semplice con 100 elementi lineari in acciaio,
• significa 200 estremità da collegare.
• Tale struttura può contenere 20 tipi di connessioni diverse,
• si hanno 10 casi di carico e 100 combinazioni di carico generate.

Sarebbe un incubo risolvere tutte le connessioni per ogni combinazione di carico determinante. Per questo motivo si calcolano solo quelle importanti. Tuttavia, possono essere 10 connessioni critiche con 2-6 membrature inclusiee il flusso di lavoro potrebbe essere il seguente:

1 ) Sebbene richieda molto tempo, i modelli delle connessioni e i calcoli della loro rigidità potrebbero essere fattibili. Almeno per la prima fase.

2 ) Dopo aver eseguito l'analisi della rigidezza, è possibile impostare la rigidezza rotazionale nei giunti del modello di analisi globale. È possibile importarla

come valore singolo:

• se M_Ed è inferiore a 2/3 M_j,Rd si può utilizzare direttamente la rigidità iniziale della connessione
• se M_Ed è superiore a 2/3 M_j,Rd - processo di iterazione

o come funzione non lineare:

3 ) Con i parametri di rigidezza aggiornati è possibile eseguire l'analisi globale, dove ovviamente verranno calcolate le nuove forze interne. L'influenza della nuova impostazione può essere minima ma anche enorme in alcuni casi. Abbiamo già risolto alcuni casi in passato, per cui è possibile consultare il nostro articolo della Conoscienza di base su questo argomento.

4 ) Ora è necessario controllare e rivedere la sezione trasversale e il progetto del collegamento. Se tutto va bene, siete fortunati e potete passare alla fase successiva della progettazione. Molto probabilmente sarà necessario apportare alcune modifiche al progetto originale, quindi è necessario tornare al punto 1) e ripetere il processo di iterazione finché tutti i componenti del progetto non soddisfano tutti i requisiti.

Il modo intelligente di farlo

Il miglior strumento per il calcolo della rigidezza delle connessioni è oggi l'applicazione IDEA StatiCa Connection. Per semplificare al massimo il flusso di lavoro e risparmiare molto tempo prezioso, è possibile utilizzare un collegamento BIM per esportare il progetto delle connessioni dalla propria applicazione CAD a IDEA StatiCa Connection.

Poi si imposta il tipo di analisi su Analisi di rigidezza e in pochi secondi si ottengono i parametri di rigidezza. Per essere il più efficace possibile, alcuni suggerimenti utili per l'analisi di rigidezza sono disponibili nel nostro Support center.

Ogni analisi di rigidità fornisce immediatamente questi preziosi risultati:

Tutti i valori importanti in una tabella

Visualizzazione grafica dei valori calcolati

Volete calcolare da soli la rigidezza della connessione con IDEA StatiCa Connection? Seguite il tutorial preparato per gli standard EN o AISC.

Il processo di verifica della nuova applicazione è terminato e gli studi sono stati pubblicati insieme ai team universitari. È possibile consultare diversi esempi di verifica.

Concetti importanti

• Vale la pena ricordare che la stessa connessione può essere classificata in modo diverso a seconda della lunghezza dell'elemento

• La rigidezza iniziale (S_j,ini) non è influenzata dal momento flettente di progetto (_MEd), mentre ha un impatto solo sulla rigidezza secante (S_j,s)

• Le variazioni dei parametri di rigidezza dei giunti influenzano sempre le forze interne calcolate nel modello di analisi globale

• Nell'approccio dell'Eurocodice, è necessario distinguere tra sistemi strutturali controventati e non controventati, in quanto la stessa connessione potrebbe essere classificata come rigida o semirigida a seconda della controventatura.

• Se S_j,ini e S_j,s mostrano una rigidezza infinita, significa che la curva di rigidezza è così ripida che in realtà è a 90° nel diagramma, in modo che la tangente risulti all'infinito. Questo significa sempre un collegamento rigido lontano dal confine della classe semirigida, quindi i valori esatti non sono importanti.

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