Progettazione automatica delle saldature / dimensionamento delle saldature

Lo strumento Dimensionamento delle saldature calcola la dimensione ottimale della saldatura in base a specifici input e strategie definite, come Stima della capacità, Resistenza piena, Duttilità minima o Sovraresistenza. Il nuovo progetto viene creato in base alle impostazioni selezionate, descritte in dettaglio di seguito. Questa funzione agisce come un potente assistente per eliminare le iterazioni manuali, offrendo una proposta di progetto solida pronta per la verifica finale.

In IDEA StatiCa Connection, sono disponibili per tutti gli utenti due strategie di dimensionamento delle saldature:

• a resistenza piena
• con sovraresistenza

Per gli utenti Eurocode, sono disponibili altre due strategie:

• a stima della capacità
• a duttilità minima

Per gli utenti AISC, è disponibile un'ulteriore strategia:

• a stima della capacità

Come richiamare le funzioni

Il Dimensionamento delle saldature può essere richiamato:

• Facendo clic sul pulsante Dimensionamento delle saldature nel pannello superiore

• Nella finestra di dialogo Operazioni

• Facendo clic con il tasto destro su Operazioni e selezionando Progettazione automatica di tutti, ma in questo caso verrà eseguita la progettazione automatica non solo delle saldature ma anche dei bulloni.

• Facendo clic con il tasto destro su Operazioni e selezionando un tipo specifico di dimensionamento delle saldature

• Facendo clic con il tasto destro sull'operazione con saldatura e selezionando Progettazione automatica, ma in questo caso verrà eseguita la progettazione automatica non solo delle saldature ma anche dei bulloni, in un'operazione specifica.

Quando si richiama la funzione, è necessario specificare il metodo di dimensionamento delle saldature nella finestra di dialogo Operazioni. In generale, la dimensione delle saldature aumenterà nel seguente ordine:

• Stima della capacità
• Duttilità minima
• Resistenza piena
• Con sovraresistenza

I metodi sono descritti in dettaglio di seguito. 

Impostazioni che influenzano la dimensione della saldatura

Il processo di dimensionamento delle saldature è determinato da specifiche impostazioni globali. L'algoritmo valuta i seguenti input:

1. Saldature: Sfruttamento della capacità target: Questo limite è definito in Impostazioni progetto > Progettazione – Generale (il valore predefinito è 0,9). L'algoritmo confronta i carichi reali applicati con questo valore impostato per trovare una soluzione conforme al requisito. Il valore specifico verificato è lo Sfruttamento Ut_c.
2. Saldature: Fattore di sovraresistenza: Questo fattore garantisce che la saldatura sia più resistente dell'elemento collegato per consentire la formazione di cerniere plastiche, come raccomandato da EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) (tipicamente 1,4 o 1,7). Il limite è definito in Impostazioni progetto > Progettazione – Generale (predefinito 1,4) e viene applicato solo quando è selezionato il metodo di dimensionamento "Sovraresistenza".
3. Regola di arrotondamento:  L'altezza di una saldatura viene adeguata in base alle impostazioni di arrotondamento in Progetto > Preferenze > Unità applicazione - Arrotondamento nuova entità > Dimensione saldatura.
4. Incrementi del controllo: Il valore minimo con cui l'algoritmo aumenta l'altezza della saldatura è impostato in Progetto > Preferenze > Unità applicazione - Incrementi del controllo > Dimensione saldatura.

Stima della capacità

Il dimensionamento delle saldature a stima della capacità fornisce automaticamente dimensioni delle saldature sufficientemente resistenti da trasferire i carichi impostati. 

Come funziona la funzione

Nella scheda dei risultati per le saldature sono elencati due rapporti di sfruttamento. Il Ut (sfruttamento delle tensioni) mostra il valore di sfruttamento dell'elemento finito più sollecitato dell'intera saldatura (valore di picco), mentre il Ut_c (sfruttamento della capacità della saldatura) mostra lo sfruttamento dell'intera saldatura e fornisce quindi all'utente informazioni sulla capacità residua della saldatura.

Poiché la distribuzione delle tensioni nelle saldature nei modelli basati sul Metodo degli Elementi Finiti varia in modo incerto in funzione del carico applicato, non è semplice determinare la capacità residua come funzione lineare. Con un incremento del carico applicato, la variazione nella distribuzione delle tensioni nella saldatura può essere molto significativa.

Il calcolo di Ut_c utilizza una funzione di stima basata sull'apprendimento automatico. Sulla base dell'apprendimento da un vasto numero di modelli di collegamento saldato e vari scenari di carico, l'algoritmo è in grado di prevedere con precisione la capacità residua della saldatura. Il valore è visualizzato in Verifica, nella scheda Saldature, nella colonna Ut_c .

Questa funzionalità utilizza l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico per determinare la capacità delle saldature. E la cosa migliore è che l'applicazione è in grado di farlo con una soglia del 10%! Questo può essere considerato un risultato eccellente.

Al momento, è implementata in Eurocode e AISC.

Il dimensionamento delle saldature a stima della capacità richiede i risultati. La dimensione delle saldature a cordone d'angolo viene adeguata secondo la seguente formula:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

dove:

• \(a_{new}\) – dimensione adeguata della saldatura a cordone d'angolo
• \(a\) – dimensione precedentemente impostata della saldatura a cordone d'angolo
• \(Ut_c\) – stima della capacità basata su un algoritmo di apprendimento automatico visibile nella verifica della saldatura 
• \(Ut_{target}\) – sfruttamento target in Impostazioni → Progettazione → Progettazione automatica → Dimensionamento delle saldature

Si noti che le dimensioni delle saldature sono limitate dalle regole di dettaglio costruttivo, ad esempio la dimensione della saldatura non può essere inferiore a 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Queste regole di dettaglio costruttivo vengono rispettate. Tenere inoltre presente che più saldature in IDEA StatiCa sono spesso impostate su un unico valore. In questi casi, la dimensione viene impostata in base a quella più sollecitata.

È inoltre disponibile un ciclo di calcolo. Quando il metodo di dimensionamento delle saldature è impostato su stima della capacità, esso:

1. Dimensiona le saldature a cordone d'angolo a resistenza piena
2. Calcola il modello
3. Dimensiona le saldature a cordone d'angolo a stima della capacità
4. Calcola il modello

Le saldature vengono quindi impostate al di sotto o al valore dello sfruttamento target con un solo clic.

Duttilità minima

Il dimensionamento delle saldature a duttilità minima fornisce automaticamente collegamenti saldati sufficientemente resistenti da prevenire rotture fragili. La resistenza della saldatura consente la snervamento iniziale della piastra, ma alla fine la saldatura si rompe.

Il requisito di duttilità minima dei giunti saldati è definito in FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Deriva dall'allegato nazionale olandese di EN 1993-1-8, dove il rapporto fisso tra resistenza della saldatura e resistenza della piastra è 0,8. È incluso anche nei Green books del Regno Unito, in particolare nei Capitoli C2 e C3 ampiamente utilizzati. Tuttavia, il rapporto fisso è adatto solo per l'acciaio di grado S355. Nella seconda generazione dell'Eurocode, questo viene esteso a tutti i gradi di acciaio.

Questo requisito viene verificato per saldature a cordone d'angolo a doppio lato mediante:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

dove:

• \(a\) – spessore di gola della saldatura
• \(t\) – spessore della piastra collegata dal bordo
• \(\beta_w\) – fattore di correlazione della saldatura 
• \(\gamma_{M2}\) – fattore di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile nella configurazione normativa
• \(f_y\) – tensione di snervamento della piastra
• \(f_u\) – resistenza ultima della saldatura
• \(\gamma_{M0}\) – fattore di sicurezza per le piastre; modificabile nella configurazione normativa

Lo spessore di gola della saldatura per una saldatura a cordone d'angolo a lato singolo è il doppio rispetto a quello di una saldatura a cordone d'angolo a doppio lato.

Si noti che il metodo è utile per saldature caricate trasversalmente e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.

Resistenza piena

Il dimensionamento delle saldature a resistenza piena fornisce automaticamente saldature più resistenti della piastra collegata. Nel calcolo si assume che le piastre siano caricate a trazione e le saldature trasversalmente, come caso peggiore per la resistenza e la duttilità della saldatura. Questa progettazione è utile per evitare rotture fragili delle saldature per carichi statici.

Questo approccio è incluso anche nei Green books del Regno Unito, in particolare nel Capitolo C1 ampiamente utilizzati.

Questo requisito viene verificato per saldature a cordone d'angolo a doppio lato mediante:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

dove:

• \(a\) – spessore di gola della saldatura
• \(t\) – spessore della piastra collegata dal bordo
• \(\beta_w\) – fattore di correlazione della saldatura 
• \(f_y\) – tensione di snervamento della piastra
• \(f_u\) – resistenza ultima della saldatura
• \(\gamma_{M0}\) – fattore di sicurezza per le piastre; modificabile nella configurazione normativa

Si noti che il metodo è utile per saldature caricate trasversalmente e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.

Saldature con sovraresistenza

Il dimensionamento delle saldature con sovraresistenza fornisce automaticamente saldature molto più resistenti della piastra collegata. Il fattore di sovraresistenza è specificato in Impostazioni → Progettazione → Progettazione automatica → Dimensionamento delle saldature. Il valore predefinito di 1,4 è tratto da EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) per la formazione di una cerniera plastica. 

Nel calcolo si assume che le piastre siano caricate a trazione e le saldature trasversalmente, come caso peggiore per la resistenza e la duttilità della saldatura. Questa progettazione è utile per evitare rotture fragili delle saldature per la progettazione plastica o per carichi ciclici. Si noti che una grande dimensione della saldatura non garantisce automaticamente un'elevata duttilità. Al contrario, può portare a tensioni residue eccessive e deformazioni causate dalla contrazione della saldatura.

Questo requisito viene verificato per saldature a cordone d'angolo a doppio lato mediante:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

dove:

• \(a\) – spessore di gola della saldatura
• \(t\) – spessore della piastra collegata dal bordo
• \(\beta_w\) – fattore di correlazione della saldatura 
• \(\gamma_{M2}\) – fattore di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile nella configurazione normativa
• \(f_y\) – tensione di snervamento della piastra
• \(f_u\) – resistenza ultima della saldatura
• \(\gamma_{M0}\) – fattore di sicurezza per le piastre; modificabile nella configurazione normativa
• \(f_{overstrength}\) – fattore di sovraresistenza specificato in Impostazioni → Progettazione → Progettazione automatica → Dimensionamento delle saldature

Si noti che il metodo è utile per saldature caricate trasversalmente e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.