Verifica dei componenti del collegamento in acciaio (HKG)

Verifica normativa delle piastre secondo il Codice di Hong Kong

La tensione equivalente risultante (HMH, von Mises) e la deformazione plastica sono calcolate sulle piastre. Quando viene raggiunta la resistenza di snervamento di progetto, \(p_y\) (Cl. 3.1.2), nel diagramma bilineare del materiale, viene eseguita la verifica della deformazione plastica equivalente. Il valore limite del 5% è suggerito nell'Eurocode (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Nota 1). Questo valore può essere modificato nella configurazione del codice, ma gli studi di verifica sono stati condotti per questo valore raccomandato. 

L'elemento piastra è suddiviso in cinque strati e il comportamento elastico/plastico viene analizzato in ciascuno di essi. Il programma mostra il risultato peggiore tra tutti.

La tensione può essere leggermente superiore alla resistenza di snervamento di progetto. Il motivo è la leggera inclinazione del ramo plastico del diagramma tensione-deformazione, utilizzato nell'analisi per migliorare la stabilità del calcolo.

\[ p_y = \min \left \{ \frac{Y_s}{\gamma_{m1}}, \frac{U_s}{\gamma_{m2}} \right \} \]

dove:

• \(p_y\) – resistenza di snervamento di progetto
• \(Y_s\) – resistenza di snervamento caratteristica
• \(U_s\) – resistenza a trazione minima
• \(\gamma_{m1}\) – fattore di materiale (Tabella 4.1); valore predefinito \(\gamma_{m1} = 1\) modificabile nella configurazione del codice
• \(\gamma_{m2}\) – fattore di materiale (Tabella 4.1); valore predefinito \(\gamma_{m2} = 1.2\) modificabile nella configurazione del codice

Verifica normativa delle saldature secondo il Codice di Hong Kong

Saldature di testa

Si presuppone che le saldature di testa siano a piena penetrazione e la loro resistenza è considerata pari a quella del metallo base – Cl. 9.2.5.2.1.

Saldature d'angolo

Le saldature d'angolo sono progettate con il metodo semplificato secondo il Cl. 9.2.5.1.6. 

\[ f_w \le p_w \]

• \(f_w = \sqrt{\sigma_\perp ^2 + \tau_\perp ^2 + \tau_\parallel ^2}\) – somma vettoriale delle tensioni nella gola della saldatura in tutte le direzioni
• \(p_w\) – resistenza di progetto della saldatura d'angolo determinata secondo le Tabelle 9.2a e 9.2b; per i casi non coperti dalle Tabelle 9.2a e 9.2b:
  • \(p_w = \min \{0.5 U_e, 0.55 U_s\}\) – per elettrodo EN utilizzato con acciaio EN
  • \(p_w = 0.38 \min \{U_e, U_s\}\) – per altri casi
• \(U_e\) – resistenza a trazione minima dell'elettrodo
• \(U_s\) – resistenza a trazione minima

La lunghezza efficace della saldatura d'angolo è ridotta di \(2\cdot s\) secondo il Cl. 9.2.5.1.3, dove \(s\) è il lato del cordone di saldatura d'angolo assunto pari a \(a\cdot \sqrt{2}\).

Tabelle 9.2a e 9.2b: Resistenze di progetto \(p_w\) [MPa]

Resistenza a trazione minima predefinita dell'elettrodo \(U_e\) [MPa]

I diagrammi della saldatura mostrano la tensione secondo la seguente formula:

\[ \sigma = \sqrt{\sigma_{\perp}^2 + \tau_{\perp}^2 + 3 \tau_{\parallel}^2 } \]

Verifica normativa dei bulloni secondo il Codice di Hong Kong

Bulloni a trazione

La resistenza a trazione del bullone è verificata secondo il Cl. 9.3.7.1 come:

\[ P_t = A_s \cdot p_t \]

dove:

• \(A_s\) – area della sezione resistente a trazione
• \(p_t\) – resistenza a trazione ottenuta dalla Tabella 9.8

Le forze di leva sono prese in considerazione tramite l'analisi agli elementi finiti.

Bulloni a taglio

La capacità a taglio dei bulloni è assunta secondo il Cl. 9.3.6.1.1 come:

\[ P_s = p_s \cdot A_s \]

dove:

• \(p_s\) – resistenza a taglio di progetto ottenuta dalla Tabella 9.5
• \(A_s\) – area a taglio efficace; \(A_s = A_t\) se il filetto è intercettato dal piano di taglio, altrimenti \(A_s\) è assunta pari all'area della sezione trasversale del gambo
• \(A_t\) – area resistente a trazione 

Secondo il Cl. 9.3.6.1.6, quando un bullone attraversa un'imbottitura di spessore \(t_{pa}\) maggiore di un terzo del diametro nominale \(d\), la sua capacità a taglio \(P_s\) deve essere ridotta moltiplicando per un fattore di riduzione \(\beta_p\) ottenuto da:

\[ \beta_p = \frac{9d}{8d+3t_{pa}} \le 1 \]

Bulloni a trazione e taglio combinati

La combinazione di trazione e taglio è verificata secondo il Cl. 9.3.8.1 come:

\[ \frac{F_s}{P_s} + \frac{F_{tot}}{P_t} \le 1.4 \]

dove:

• \(F_s\) – forza di taglio nel bullone
• \(P_s\) – resistenza a taglio del bullone
• \(F_{tot}\) – trazione totale applicata al bullone inclusa la forza di leva
• \(P_t\) – resistenza a trazione del bullone

Bulloni a rifollamento

La capacità a rifollamento dei bulloni è assunta secondo il Cl. 9.3.6.1.2 come:

\[ P_{bb} = d \cdot t_p \cdot p_{bb} \]

dove:

• \(d\) – diametro nominale del bullone
• \(t_p\) – spessore della piastra collegata
• \(p_{bb}\) – resistenza a rifollamento del bullone ottenuta dalla Tabella 9.6

Ogni piastra è verificata separatamente e viene mostrato il risultato più sfavorevole.

La capacità a rifollamento delle parti collegate è assunta secondo il Cl. 9.3.6.1.3 come il minimo tra i seguenti:

\[ P_{bs} = k_{bs} \cdot d \cdot t_p \cdot p_{bs} \]

\[ P_{bs} = 0.5 \cdot k_{bs} \cdot e \cdot t_p \cdot p_{bs} \]

\[ P_{bs} = 1.5 \cdot l_c \cdot t_p \cdot U_s \le 2.0 \cdot d \cdot t_p \cdot U_b \]

dove:

• \(k_{bs}\) – coefficiente del foro assunto come
  • per fori standard \(k_{bs} = 1.0\)
  • per fori sovradimensionati e asole corte \(k_{bs} = 0.7\)
  • per asole lunghe \(k_{bs} = 0.5\)
• \(d\) – diametro nominale del bullone
• \(t_p\) – spessore della piastra collegata
• \(p_{bs}\) – resistenza a rifollamento delle parti collegate
  • per acciaio di grado S275, \(p_{bs} = 460\) MPa
  • per acciaio di grado S355, \(p_{bs} = 550\) MPa
  • per acciaio di grado S460, \(p_{bs} = 670\) MPa
  • per acciaio di altri gradi, \(p_{bs} = 0.67 (U_s+Y_s)\)
• \(e\) – distanza dal bordo nella direzione della forza di taglio misurata dall'asse del bullone
• \(l_c\) – distanza netta tra il bordo portante dei fori e il bordo più vicino del foro adiacente nella stessa direzione di trasferimento del carico
• \(U_s\) – resistenza minima a trazione della piastra collegata
• \(Y_s\) – resistenza caratteristica allo snervamento della piastra collegata
• \(U_b\) – resistenza minima a trazione specificata del bullone

Verifica normativa di bulloni e bulloni precaricati secondo il Codice di Hong Kong

Capacità a taglio

La capacità a taglio dei bulloni precaricati è determinata secondo il Cl. 9.3.6.2 come:

\[ P_{SL} = 0.9 \cdot K_s \cdot \mu \cdot P_0 \]

dove:

• \(K_s\) – coefficiente del foro assunto come
  • per fori standard \(K_s = 1.0\)
  • per fori sovradimensionati \(K_s = 0.85\)
  • per fori assolettati \(K_s = 0.7\)
• \(\mu\) – fattore di scorrimento tra le parti collegate dalla Tabella 9.7; modificabile nella configurazione del Codice
• \(P_0\) – carichi di prova minimi dei bulloni specificati nelle norme internazionali o locali pertinenti

Combinazione di trazione e taglio

La combinazione di trazione e taglio è verificata secondo il Cl. 9.3.8.2 come:

\[ \frac{F_s}{P_{SL}}+\frac{F_{tot}}{0.9\cdot P_0} \le 1.0 \]

dove:

• \(F_s\) – forza di taglio in un bullone
• \(P_{SL}\) – resistenza allo scorrimento di un bullone precaricato
• \(F_{tot}\) – trazione totale applicata nel bullone inclusa la forza di leva
• \(P_0\) – carico di prova minimo specificato di un bullone precaricato

Verifica normativa del blocco in calcestruzzo secondo il Codice di Hong Kong

Calcestruzzo a compressione locale

Il calcestruzzo a compressione locale viene verificato secondo CoP – SUoS – Cl. 9.4.1 come:

\[ \sigma \le w \]

dove:

• \(\sigma\) – tensione media di compressione sull'area efficace \(A_{eff}\) che è l'intersezione di due aree:
  • \(A_{CM}\) – area efficace determinata secondo Cl. 9.4.1 per pura compressione
  • \(A_{FEM}\) – area sotto la piastra di base a contatto con il calcestruzzo determinata tramite FEA
• \(w = 0.6 f_{cu}\) – resistenza a compressione del calcestruzzo per carichi concentrati 
• \(f_{cu}\) – resistenza caratteristica minima a compressione del calcestruzzo

L'area efficace \(A_{CM}\) è l'area dell'elemento in acciaio comprensiva degli irrigidimenti saldati alla piastra di base, aumentata della sovrapposizione \(c\):

\[ c = t_p \sqrt{\frac{p_{yp}}{3w}} \]

dove:

• \(t_p\) – spessore della piastra di base
• \(p_{yp}\) – resistenza di progetto allo snervamento della piastra di base

La pressione nella zona compressa è considerata uniforme.

Trasferimento del taglio

L'azione di taglio alla piastra di base si assume venga trasferita dal pilastro alla fondazione in calcestruzzo tramite:

1. Attrito tra piastra di base e calcestruzzo/malta
2. Chiavetta a taglio
3. Bulloni di ancoraggio

Ancoraggi

Le forze di trazione negli ancoraggi includono le forze di leva e sono determinate tramite analisi agli elementi finiti.

Gli ancoraggi non vengono verificati nel software.

Dettaglio di bulloni e saldature secondo il Codice di Hong Kong

Bulloni

L'interasse minimo dei bulloni è secondo il Cl. 9.3.1.1: il centro-centro dei bulloni deve essere maggiore di \(2.5 \cdot d\), dove \(d\) è il diametro nominale del bullone.

La distanza minima dal bordo misurata dall'asse del bullone è secondo la Tabella 9.3:

Saldature

La dimensione minima del lato del cordone d'angolo è verificata secondo la Tabella 9.1.

Verifica normativa della capacità secondo il Codice di Hong Kong

La verifica normativa della capacità non è richiesta dagli standard di Hong Kong.

Classificazione in base alla rigidezza per il Codice di Hong Kong

I giunti sono classificati in base alla rigidezza del giunto in:

• Rigido – giunti con variazione trascurabile degli angoli originali tra gli elementi,
• Semi-rigido – giunti che si assume abbiano la capacità di fornire un grado affidabile e noto di vincolo flessionale,
• Cernierato – giunti che non sviluppano momenti flettenti.

I giunti sono classificati secondo EN 1993-1-8 – Cl. 5.2.2.

• Rigido – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \ge k_b \)
• Semi-rigido – \( 0.5 < \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} < k_b \)
• Cernierato – \( \frac{S_{j,ini} L_b}{E I_b} \le 0.5 \)

dove:

• S_j,ini – rigidezza iniziale del giunto; la rigidezza del giunto è assunta lineare fino a 2/3 di M_j,Rd
• L_b – lunghezza teorica dell'elemento analizzato; impostata nelle proprietà dell'elemento
• E – modulo di elasticità di Young
• I_b – momento di inerzia dell'elemento analizzato
• k_b = 8 per telai in cui il sistema di controvento riduce lo spostamento orizzontale di almeno l'80%; k_b = 25 per altri telai, a condizione che in ogni piano K_b/K_c ≥ 0.1. Il valore k_b = 25 viene utilizzato a meno che l'utente non imposti "sistema controventato" nelle impostazioni del codice.
• M_j,Rd – resistenza di progetto a momento del giunto
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c