Progettazione della capacità del collegamento in acciaio (AISC)
1 Nuovo progetto
Avvia IDEA StatiCa (scarica la versione più recente) e apri il file del progetto sorgente. La progettazione del giunto è completata e preparata per l'analisi standard Tensione/Deformazione.
2 Calcolo e verifica
Avvia l'analisi tensione/deformazione tramite il pulsante Calcola nella barra multifunzione. Il modello di analisi viene generato automaticamente, il calcolo viene eseguito e i risultati complessivi della verifica sono visibili nell'angolo in alto a sinistra della scena.
Si può osservare che, in base all'analisi tensione/deformazione, il giunto è ben progettato e supera tutte le verifiche.
Per conservare questi risultati, copia questo elemento del progetto nell'angolo in alto a sinistra sotto Elementi del progetto.
3 Verifica della capacità
Nel nuovo elemento del progetto (CON2), modifica i seguenti parametri per abilitare le verifiche dei limiti di prequalificazione di AISC 358:
- Tipo di analisi: Progettazione della capacità
- Collegamento prequalificato: Attivo
- Sistema: Telaio a momento speciale
- Tipo di collegamento: Sezione di trave ridotta (RBS)
L'elemento dissipativo deve essere selezionato. Come elemento dissipativo deve essere scelto un elemento o una piastra in cui si prevede la formazione di una cerniera plastica. Il fattore di sovraresistenza del materiale e il fattore di incrudimento vengono applicati all'elemento selezionato. In questo esempio, selezionare l'elemento W16x31 come elemento dissipativo. Può essere aggiunto tramite il comando nella barra multifunzione superiore e confermare la selezione con la barra spaziatrice/tasto Invio/clic destro.
Nelle proprietà Elementi, i parametri di W16x31 devono essere modificati: impostare il Tipo di modello su N-Vz-My, poiché il collegamento resiste al momento flettente solo nel piano verticale e la flessione attorno all'asse minore della trave deve essere vincolata.
Ora che l'elemento dissipativo è selezionato, i limiti di prequalificazione vengono mostrati nella parte in alto a sinistra dello schermo nell'area del modello:
Il primo avviso è relativo all'AISC 341-16: Capitolo D.1.1b e Tabella D1.1. Rapporti larghezza-spessore limite. Per correggere il primo avviso, modificare la sezione del profilo della colonna in W14X68 facendo clic con il tasto destro sulla colonna e poi sull'icona più:
Selezionare la sezione a doppio T ad ali larghe, scorrere verso il basso fino a trovare W (AISC 15.0), utilizzare la casella di ricerca, fare clic su W14X68 e fare clic su OK.
Modificare il nome dell'elemento in Colonna facendo clic sul nome W12X65 e premendo F2 sulla tastiera oppure facendo clic con il tasto destro e selezionando Rinomina:
Il seguente avviso da correggere riguarda la saldatura dell'anima della trave all'ala della colonna:
La saldatura può essere modificata nell'operazione CUT1; cambiare la saldatura da saldatura a doppio cordone d'angolo all'opzione saldatura di testa:
L'avviso successivo riguarda un requisito della piastra a taglio indicato nell'AISC 358 Capitolo 5.6 (2) per i telai a momento speciale.
Fare clic su Nuova operazione e selezionare Operazione piastra d'anima e inserire i dettagli come mostrato:
L'ultimo avviso riguarda il requisito dei fori di accesso alla saldatura nell'AISC 358 5.5 (2). Per soddisfare tale verifica di dettaglio, aggiungere un'operazione di apertura, selezionare il parametro successivo e utilizzare l'opzione Pre-progetto per le intaccature:
Dopo tale operazione, il collegamento soddisfa i limiti di prequalificazione degli standard AISC 358 e 341.
Impostare il parametro Forze in su Posizione, in modo da poter definire la posizione esatta della forza applicata. La posizione della cerniera plastica è analoga alla posizione della forza applicata: X = 17 pollici.
Come determinare la posizione corretta della cerniera plastica? L'ingegnere deve decidere dove si formerà. Di norma, la cerniera plastica viene individuata nella trave. In questo esempio, si formerà al centro dell'operazione dog bone. È comodo leggere la posizione dall'applicazione (vista wireframe).
Nel passaggio successivo, devono essere definiti gli effetti del carico. I carichi per l'analisi sismica dipendono dalla normativa (fattore di sovraresistenza del materiale, fattore di incrudimento) e sono influenzati anche dalla resistenza allo snervamento, dalle caratteristiche geometriche della sezione trasversale, ecc.
I carichi per questo esempio sono stati calcolati con la seguente procedura:
My = Cpr .Ry .Fy .Zpl,y(RBS) e la corrispondente forza di taglio Vz = –2 My / Lh, dove:
- Ry – rapporto tra la resistenza allo snervamento probabile e quella minima – AISC 341-16 – Tabella A3.1; per A992 – Ry = 1.1
- \( C_{pr}=\frac{F_y+F_u}{2\cdot F_y} \le 1.2 \) – fattore di incrudimento; per A992 – Cpr = 1.15
- Fy – resistenza caratteristica allo snervamento; per A992 – Fy = 50.0 ksi
- Fu – resistenza caratteristica ultima; per A992 – Fu = 65.0 ksi
- Zpl,y(RBS) – modulo di resistenza plastico; valore per la sezione di trave ridotta – Zpl,y,(RBS) = 44.80 in3
- Lh – distanza tra le cerniere plastiche sulla trave; Lh = 250 - (2 . 17) = 216 in
My = 1.15 x 1.1 x 50 x 44.80 = 2834 kip.in = 236.17 kip-ft
\[ V_{\textrm{Ed}} = \frac{2 \cdot M_{\textrm{y}}}{L_{h}} = 2 \cdot \frac{2834}{216} = 26,2 \, \textrm{kip} \]
Aggiungere la forza di taglio e il momento flettente calcolati come nuovo effetto del carico (LE).
La forza di taglio e il momento flettente devono essere inseriti con i segni appropriati affinché il momento flettente diminuisca sulla trave nella direzione che si allontana dal nodo.
Ora l'analisi della capacità può essere avviata tramite il comando Calcola.
Come si può osservare nei risultati e nella vista della deformazione plastica, la colonna presenta una deformazione plastica estrema. L'obiettivo principale della progettazione della capacità, insieme ai collegamenti prequalificati secondo il processo di progettazione AISC 358, è quello di realizzare un sistema colonna forte-trave debole. Pertanto, lo snervamento e la formazione della cerniera plastica sono previsti nell'elemento dissipativo (trave selezionata), e nel tipo di collegamento a sezione di trave ridotta, l'obiettivo è avere la massima deformazione plastica nella parte centrale della sezione ridotta della trave.
L'approccio progettuale consiste nel portare la rottura nella trave. I passaggi seguenti sono volti ad aumentare la resistenza del pannello d'anima della colonna.
Si può iniziare aggiungendo quattro irrigidimenti nella colonna allineati alle ali della trave. Impostare lo spessore degli irrigidimenti a 5/8".
Per aumentare la capacità portante della colonna, aggiungere una piastra di rinforzo su entrambi i lati dell'anima (aggiungere l'operazione di produzione Piastra di irrigidimento).
Gli irrigidimenti sull'anima della colonna devono essere tagliati e saldati alle piastre di rinforzo tramite l'operazione di produzione Taglio della piastra.
Ripetere l'operazione di taglio della piastra quattro volte per collegare gli altri irrigidimenti anteriori/posteriori alle piastre di rinforzo.
*Suggerimento: fare clic con il tasto destro sulla prima operazione di taglio, copiarla secondo necessità e passare il mouse sulle piastre per visualizzarne i nomi.
Tutte le modifiche progettuali sono ora completate; eseguire Calcola nella scheda Verifica. Si può osservare che tutti i componenti (come saldature e bulloni) hanno superato la verifica normativa. La deformazione plastica delle piastre dell'elemento dissipativo non influenza i risultati complessivi.
La formazione della cerniera plastica può essere esaminata nella finestra di analisi Deformazione plastica.
La cerniera plastica è comparsa nella posizione prevista e questo giunto ha superato le verifiche richieste dalla progettazione della capacità.
Per una migliore comprensione dei risultati, consultare il Background Teorico.
4 Relazione
Infine, è possibile consultare la Relazione. IDEA StatiCa offre una relazione completamente personalizzabile da stampare o salvare in formato modificabile.
Alla fine della relazione dettagliata è presente un elenco delle verifiche di dettaglio del collegamento prequalificato con il relativo riferimento normativo e stato:
È stata eseguita una verifica della progettazione della capacità di un collegamento strutturale prequalificato secondo AISC 358 e AISC 341.
Fattori di resistenza
Poiché i requisiti progettuali per il collegamento "prequalificato" sono soddisfatti e le resistenze disponibili sono calcolate in conformità con AISC 358-16, i fattori di resistenza ϕ devono essere assunti come segue:
Per gli stati limite duttili ϕd = 1.00
Per gli stati limite non duttili ϕn = 0.90
Questi fattori possono essere modificati in IDEA StatiCa Connection nella sezione "Impostazioni normativa":
