La resistenza al taglio a blocco è calcolata in modo leggermente diverso in ciascuna normativa. In questo esempio, la resistenza al taglio a blocco calcolata con il CBFEM viene confrontata con il programma sperimentale descritto in un rapporto dettagliato redatto presso l'Università di Alberta in Canada.

Materiale e geometria

Materiale della piastra: 350W (\(f_y = 350\,\textrm{MPa},\,f_u = 450\,\textrm{MPa}\))

Fattore di resistenza dell'acciaio: \(\phi=0.9\)

Le proprietà reali del materiale sono sorprendentemente inferiori ai valori nominali (la tabella è tratta dal rapporto). Nel CBFEM vengono utilizzati i valori nominali con il fattore di resistenza.

Spessore della piastra: 6,4 mm

Bulloni: diametro 1/2 pollice, grado A325, diametro del foro = diametro del bullone

La configurazione di prova è composta da un collegamento rinforzato (parte superiore) e da un collegamento di prova (parte inferiore). Nel CBFEM viene modellato solo il collegamento di prova. La figura seguente è tratta dal rapporto.

Erano presenti due varianti geometriche:

• Bulloni ravvicinati (interasse 51 mm; provini T1A, T1B e T1C)

• Bulloni con interasse maggiore, 152 mm (provini T2B e T2C)

Risultati

La deformazione del CBFEM viene letta in posizioni analoghe a quelle dell'esperimento in modalità sviluppatore, dove gli spostamenti possono essere visualizzati. I valori vengono letti dalla scala, pertanto le deformazioni non sono esattamente precise.

Le curve carico-deformazione corrispondono abbastanza fedelmente ai grafici sperimentali tratti dal rapporto. Le differenze sono dovute all'utilizzo dei valori nominali e del fattore di resistenza nel CBFEM. Il modello utilizza inoltre solo un diagramma del materiale bilineare con un trascurabile incrudimento. Inoltre, la forma deformata ottenuta con il CBFEM corrisponde bene all'esperimento e la deformazione plastica è concentrata nella parte superiore tra i bulloni, indicando che la rottura per trazione avverrà prima della rottura per taglio sui lati. 

È importante notare che il limite del 5% di deformazione plastica (punto arancione nei grafici seguenti) viene raggiunto a deformazioni molto ridotte e molto prima di qualsiasi frattura. La frattura per trazione si verifica al 45% e al 42% di deformazione plastica rispettivamente per le geometrie T1 e T2B/C. I piani di taglio sono ancora più duttili, ma la resistenza al carico è già significativamente ridotta.

Conclusione

Nel CBFEM, la resistenza al taglio a blocco di un gruppo di bulloni è determinata mediante analisi agli elementi finiti e verificata con il limite del 5% di deformazione plastica. Questo confronto con i risultati sperimentali del rapporto di ricerca mostra che il diagramma carico-deformazione si adatta fedelmente anche quando nel CBFEM vengono utilizzati una rete relativamente grossolana e un modello del materiale semplificato. Un'altra importante conclusione è che il limite del 5% di deformazione plastica viene raggiunto a deformazioni molto ridotte, molto prima di qualsiasi frattura. 

Il CBFEM è concepito per determinare la resistenza di progetto e non per riprodurre perfettamente il comportamento reale dei collegamenti. Sebbene il limite del 5% di deformazione plastica risulti molto cautelativo in questi due casi di resistenza al taglio a blocco, gli utenti non dovrebbero aumentare tale limite.

Riferimenti:

Huns, Bino Baljit Singh, Grondin, Gilbert Y., Driver, Robert G. Block shear behaviour of bolted gusset plates, Structural engineering report SER 248 | SER-ID SER248, University of Alberta, 2002. Disponibile su: https://era.library.ualberta.ca/items/cf9bf338-36ca-4557-9bb2-ee198954bd00