Durante l'analisi di ogni modello strutturale, un ingegnere deve definire il tipo di ciascun collegamento tra gli elementi. Poiché il modello deve rappresentare il comportamento reale della struttura, l'ingegnere deve prevedere quale tipo di collegamento sia più adatto.

Una buona approssimazione del modello alla struttura reale è importante, specialmente nel campo delle strutture in acciaio, dove gli elementi lineari sono utilizzati più frequentemente. Le strutture in acciaio sono ampiamente utilizzate per la loro efficienza.

Per ottenere i migliori risultati, i progettisti sono spesso costretti a ottimizzare non solo le sezioni trasversali degli elementi, ma anche il progetto dei collegamenti.

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

• Cernierato – giunti che non sviluppano momenti flettenti.
• Rigido – giunti con una variazione trascurabile degli angoli originali tra gli elementi
• e un numero infinito di valori intermedi

Nel modello di analisi strutturale globale, le prime due opzioni sono utilizzate principalmente. Al contrario, la maggior parte dei collegamenti reali nelle strutture in acciaio appartiene al terzo gruppo.

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

Per entrambe le normative, esistono una serie di requisiti per una classificazione specifica. Se si desidera conoscere i dettagli, è possibile seguire i fondamenti teorici sia per l'Eurocode che per gli standard AISC. Prima di procedere direttamente alle verifiche, alcune nozioni di teoria di base e teoria avanzata potrebbero risultare molto utili.

Due principali situazioni problematiche

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

Principalmente per ragioni di fabbricazione e montaggio, la prima situazione si verifica più frequentemente.

Alcuni potrebbero affermare che questa imprecisione è a favore della sicurezza e, pertanto, non causa alcun problema. Ed è vero che i momenti flettenti in campata nella struttura reale sono ridotti dai momenti di collegamento agli estremi.

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 il collegamento giusto per lo scopo giusto. (E anche le conseguenze di un collegamento inappropriato per l'analisi globale)

Se si risolve il collegamento standard della trave di solaio alla trave principale, si avranno molte alternative di collegamento. Ne ho scelte tre molto comuni.

 Con IDEA StatiCa Connection, è possibile calcolare la rigidezza del collegamento in pochi secondi. Per un confronto migliore, ho aggiunto i casi estremi con giunti Rigidi e Cernierati:

• Collegamento rigido
• Collegamento 1 (S_j,ini = 6,7 MNm/rad)
• Collegamento 2 (S_j,ini = 1,3 MNm/rad)
• Collegamento 3 (S_j,ini = 0,5 MNm/rad)
• Collegamento cernierato

Influenza della rigidezza sui momenti flettenti

Influenza della rigidezza sulle tensioni efficaci (von Mises)

Come si può osservare, mentre la trave di solaio è meno sollecitata all'aumentare della rigidezza del collegamento, la trave principale può essere facilmente sovraccaricata in alcuni casi.

Il metodo tradizionale

Quando l'ingegnere strutturale decide che la rigidezza reale del collegamento deve essere presa in considerazione (il che dovrebbe avvenire abbastanza spesso), esistono diverse opzioni di calcolo.

• manuale
• in un foglio di calcolo predisposto
• calcolo tramite software dedicato

Analisi di esempio

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

Sarebbe un incubo risolvere tutti i collegamenti per ogni combinazione di carico determinante. Ecco perché si calcolano solo quelli importanti. Tuttavia, possono essere 10 collegamenti critici con 2 - 6 elementi inclusi e il flusso di lavoro potrebbe essere il seguente: 

 1 ) Sebbene estremamente dispendioso in termini di tempo, i modelli di collegamento e i calcoli della loro rigidezza potrebbero essere fattibili. Almeno per la prima iterazione.

 2 ) Una volta completata 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 è possibile utilizzare direttamente la Rigidezza Iniziale del collegamento
• se M_Ed è superiore a 2/3 M_j,Rd - processo iterativo

                   oppure come funzione non lineare:

 3 ) Con i parametri di rigidezza aggiornati è possibile eseguire l'analisi globale, dove naturalmente verranno calcolate nuove forze interne. L'influenza della nuova impostazione può essere trascurabile ma anche significativa in alcuni casi. Abbiamo già affrontato alcuni casi in passato, quindi è possibile consultare il nostro articolo della knowledge base su questo argomento.

 4 ) Ora è necessario verificare e rivedere la sezione trasversale e il progetto del collegamento. Se tutto è soddisfacente, si è fortunati e si può procedere alla fase successiva della progettazione. Più probabilmente saranno necessarie alcune modifiche al progetto originale, quindi si dovrà tornare al punto 1 ) e ripetere il processo iterativo finché tutti i componenti di progetto soddisfano tutti i requisiti.

Il metodo intelligente

Il miglior strumento per il calcolo della rigidezza del collegamento al giorno d'oggi è l'applicazione IDEA StatiCa Connection. Per la massima semplificazione del flusso di lavoro e per risparmiare molto tempo prezioso, è possibile utilizzare un collegamento BIM per esportare il progetto del collegamento dalla propria applicazione CAD a IDEA StatiCa Connection. 

Quindi si imposta il tipo di analisi su Analisi della rigidezza e in pochi secondi si ottengono i parametri di rigidezza. Per essere il più efficienti possibile, alcuni suggerimenti utili per l'analisi della rigidezza sono disponibili nel nostro Centro di supporto.

Ogni analisi di rigidezza fornisce immediatamente questi preziosi risultati:

Tutti i valori importanti in un'unica tabella

Visualizzazione grafica dei valori calcolati

Vuoi calcolare la rigidezza del collegamento autonomamente con IDEA StatiCa Connection? Segui il tutorial preparato per EN o per lo standard AISC. 

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

Fatti importanti

• Vale la pena ricordare che lo stesso collegamento può essere classificato diversamente a seconda della lunghezza dell'elemento

• La rigidezza iniziale (S_j,ini) non è influenzata dal momento flettente di progetto (M_Ed), 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 Eurocode, è necessario distinguere tra sistemi strutturali controventati e non controventati, poiché lo stesso collegamento potrebbe essere classificato come Rigido o Semi-rigido a seconda del controvento

• Se Sj,ini e Sj,s mostrano una rigidezza infinita, ciò significa che la curva di rigidezza è così ripida da risultare effettivamente a 90° nel diagramma, cosicché la tangente tende all'infinito. Questo indica sempre un collegamento rigido ben lontano dal confine della classe semi-rigida, pertanto i valori esatti non sono importanti.

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