Verifica dei componenti del collegamento in acciaio (SP)

Il metodo CBFEM combina i vantaggi del generale Metodo degli Elementi Finiti (FEM) e del Metodo delle Componenti standard (CM). Le tensioni e le forze interne calcolate sull'accurato modello CBFEM vengono utilizzate nelle verifiche di tutti i componenti – bulloni, bulloni precaricati e saldature, che sono verificati secondo SP 16.13330.2017. Il calcestruzzo in appoggio è verificato secondo SP 63.13330.2012. Le piastre sono verificate tramite analisi agli elementi finiti. Le verifiche dell'ancoraggio non sono ancora state implementate nella versione corrente.

Verifica normativa delle piastre in acciaio secondo le norme russe

La verifica della deformazione viene eseguita sugli elementi finiti a guscio che simulano le piastre. La tensione di snervamento è divisa per il coefficiente di resistenza del materiale e moltiplicata per il coefficiente di servizio.

La tensione equivalente risultante (HMH, von Mises) e la deformazione plastica vengono calcolate sulle piastre. Quando viene raggiunta la tensione di snervamento (divisa per il coefficiente parziale di sicurezza per la resistenza del materiale, γ_m – SP 16, Tabella 3, e moltiplicata per il coefficiente di servizio γ_c – SP 16, Tabella 1, modificabile nella configurazione normativa, SP 16, Cl. 11.1.1) sul diagramma bilineare del materiale, viene eseguita la verifica della deformazione plastica equivalente. Il valore limite del 5 % è suggerito nell'Eurocodice (EN 1993-1-5 App. C, Par. C8, Nota 1). Questo valore può essere modificato nella configurazione normativa, ma gli studi di verifica sono stati condotti per questo valore raccomandato. Le proprietà del materiale dell'elemento sono determinate dalla piastra più spessa.

\[ \frac{1}{R_y \gamma_c} \sqrt{\sigma_x^2-\sigma_x \sigma_y + \sigma_y^2 + 3 \tau_{xy}^2} \le 1.0 \]

L'elemento a 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 tensione 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.

Verifica normativa delle saldature secondo le norme russe

È possibile impostare saldature di testa o saldature d'angolo lungo l'intera lunghezza del bordo, saldature parziali o saldature intermittenti. Si assume che le saldature di testa abbiano la stessa resistenza dell'elemento saldato e non vengono verificate. Nel caso di saldature d'angolo, l'elemento di saldatura viene inserito tra i collegamenti di interpolazione che collegano le piastre tra loro. L'elemento di saldatura ha un diagramma di materiale elasto-plastico specificato per ridistribuire la tensione lungo la lunghezza della saldatura, in modo che le saldature lunghe, le saldature multi-orientate o le saldature su flangia non irrigidita abbiano una resistenza simile a quella del calcolo manuale. L'elemento di saldatura più sollecitato è determinante nella verifica della saldatura.

L'elemento di saldatura d'angolo più sollecitato viene verificato secondo SP 16, Cl. 14.1. La lunghezza della saldatura deve essere ridotta di 10 mm secondo SP 16, Cl. 14.1.16.

Verifica del metallo di saldatura:

\[ \frac{N}{\beta_f k_f l_{we} R_{wf} \gamma_c} ≤ 1.0 \]

Verifica del metallo base:

\[ \frac{N}{\beta_z k_f l_{we} R_{wz} \gamma_c} ≤ 1.0 \]

dove:

• N – forza agente su un elemento di saldatura
• β_f – coefficiente per il metallo di saldatura da SP 16, Tabella 39; il coefficiente è determinato dalla configurazione normativa – tipo di saldatura e posizione di saldatura (impostazioni del materiale di saldatura)
• β_z – coefficiente per il metallo base da SP 16, Tabella 39; il coefficiente è determinato dalla configurazione normativa – tipo di saldatura e posizione di saldatura (impostazioni del materiale di saldatura)
• k_f – dimensione del cateto della saldatura d'angolo; il rapporto dei cateti è assunto 1:1
• \( l_{we} = \frac{l_w}{l} \cdot l_e \) – lunghezza di progetto dell'elemento di saldatura
• l_w = l – 10 mm – lunghezza di progetto della saldatura
• l – lunghezza effettiva della saldatura
• l_e – lunghezza effettiva dell'elemento di saldatura
• \( R_{wf} = 0.55 \frac{R_{wun}}{\gamma_{wm}} \) – resistenza ultima del metallo di saldatura – SP 16, Tabella 4
• R_wz = 0.45 R_un – resistenza ultima del metallo base – SP 16, Tabella 4
• γ_c – fattore di servizio – SP 16, Tabella 1, modificabile nella configurazione normativa
• R_wun – resistenza caratteristica standard del metallo di saldatura d'angolo da SP 16, Tabella D2
• γ_wm – coefficiente parziale di sicurezza per il metallo di saldatura, γ_wm = 1,25 per R_wun ≤ 490 MPa e γ_wm = 1,35 altrimenti – SP 16, Tabella 4
• R_un – resistenza caratteristica dell'acciaio collegato

Il tipo di posizione di saldatura per gravità può essere impostato nella selezione dell'elettrodo di saldatura e del tipo di saldatura nella configurazione normativa.

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

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

Verifica normativa del blocco in calcestruzzo secondo le norme russe

Calcestruzzo in compressione

Il calcestruzzo in compressione sotto la piastra di base è verificato secondo SP 63.13330.2012, Cl. 8.1.44 – Calcolo degli elementi in calcestruzzo armato per compressione locale:

\[ N \le \psi R_{b,loc} A_{b,loc} \]

dove:

• N – forza di compressione locale da un carico esterno
• ψ – fattore pari a 0.75 in caso di distribuzione non uniforme del carico locale sulla superficie di appoggio
• R_b,loc = φ_b R_b – resistenza a compressione di progetto del calcestruzzo in caso di impatto locale della forza di compressione
• \( \varphi_b = 0.8 \sqrt{\frac{A_{b,max}}{A_{b,loc}}} \) e 1.0 ≤ φ_b ≤ 2.5 – fattore di concentrazione che tiene conto dello stato tensionale triassiale nel calcestruzzo
• R_b = R_bn / γ_b – valore di progetto della resistenza assiale a compressione del calcestruzzo
• R_bn – resistenza assiale a compressione normativa del calcestruzzo
• γ_b = 1.3 – fattore di affidabilità per il calcestruzzo in compressione; modificabile nelle impostazioni normative
• A_b,loc – area di applicazione della forza di compressione (superficie dell'area di appoggio) determinata con il Metodo degli Elementi Finiti come area di contatto tra la piastra di base e il blocco in calcestruzzo
• A_b,max – area di progetto massima stabilita in base alle seguenti regole:
  • i baricentri delle aree A_b,loc e A_b,max coincidono
  • l'area di progetto massima è geometricamente simile all'area di applicazione; le pendenze sono 1 verticale su 2 orizzontale.

Trasferimento del taglio

Si assume che l'azione di taglio alla piastra di base venga trasferita dal pilastro alla fondazione in calcestruzzo tramite:

1. Attrito tra la piastra di base e il calcestruzzo / la 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 sono verificati nel software.

Dettaglio di bulloni e saldature secondo le norme russe

Bulloni

Il passo minimo e la distanza minima dal bordo sono verificati secondo SP 16, Tabella 40.

Il passo minimo è 2,5 · d per acciaio con R_yn ≤ 375 MPa e 3 · d negli altri casi.

La distanza minima dal bordo è 2 · d per acciaio con R_yn ≤ 375 MPa e 2,5 · d negli altri casi nella direzione del carico di taglio. La distanza minima dal bordo è 1,35 · d nella direzione perpendicolare al carico di taglio. Le distanze minime dal bordo possono essere inferiori in alcune circostanze specificate in SP 16, Tabella 40. Se tali condizioni sono soddisfatte, l'utente può disattivare la verifica dei dettagli costruttivi. Tuttavia, la verifica dei bulloni a rifollamento potrebbe non essere eseguita.

Bulloni pretensionati

Il passo minimo e la distanza minima dal bordo sono verificati secondo SP 16, Tabella 40.

Il passo minimo è 2,5 · d per acciaio con R_yn ≤ 375 MPa e 3 · d negli altri casi.

La distanza minima dal bordo è 1,3 · d.

Ancoraggi

L'interasse tra gli ancoraggi deve essere maggiore di sei volte il diametro dell'ancoraggio. Questo valore dipende dal tipo di ancoraggio e può essere modificato nelle impostazioni del codice.

La distanza minima dal bordo della piastra segue le regole per i bulloni.

Saldature

Il dettaglio delle saldature è verificato secondo SP 16, Art. 14.1.7. La dimensione massima del cordone d'angolo, k_f,max, deve essere inferiore a 1,2 · t_min, dove t_min è lo spessore della piastra collegata più sottile. La dimensione minima del cordone d'angolo, k_f,min, è verificata secondo SP 16, Tabella 38. Lo spessore t_max è il maggiore tra gli spessori delle piastre saldate.

• Per \(t_{min} < 0.6 \cdot t_{max}\) – k_f,min = t_min per cordone d'angolo unilaterale e \( k_{f,min} = t_{min} / \sqrt{2} \) per cordone d'angolo bilaterale  
• Per \(t_{min} \ge 0.6 \cdot t_{max}\) – k_f,min è selezionato dalla tabella seguente

Classificazione dei giunti secondo le norme russe

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" nella configurazione del codice.
• M_j,Rd – resistenza di progetto a momento del giunto
• K_b = I_b / L_b
• K_c = I_c / L_c

Verifica della capacità portante secondo le norme russe

La verifica della capacità portante utilizza la stessa procedura dell'EC a causa dell'assenza di prescrizioni nelle norme russe.

L'obiettivo della verifica della capacità portante è confermare che un edificio presenti un comportamento duttile controllato al fine di evitare il collasso in caso di sisma di progetto. Si prevede che la cerniera plastica si formi nell'elemento dissipativo e tutti gli elementi non dissipativi del giunto devono essere in grado di trasferire in sicurezza le forze dovute allo snervamento nell'elemento dissipativo. L'elemento dissipativo è solitamente una trave in un telaio resistente ai momenti, ma può essere anche, ad esempio, una piastra d'estremità. Il fattore di servizio non viene utilizzato per gli elementi dissipativi. All'elemento dissipativo vengono assegnati due fattori:

• γ_ov – fattore di sovraresistenza – EN 1998-1, Cl. 6.2; il valore raccomandato è γ_ov = 1.25; modificabile nei materiali
• γ_sh – fattore di incrudimento; i valori raccomandati sono γ_sh = 1.2 per la trave in telaio resistente ai momenti, γ_sh = 1.0 negli altri casi; modificabile nell'operazione

Il diagramma del materiale viene modificato secondo la figura seguente:

La resistenza aumentata dell'elemento dissipativo consente l'introduzione di carichi che causano la formazione della cerniera plastica nell'elemento dissipativo. Nel caso di telaio resistente ai momenti con la trave come elemento dissipativo, la trave deve essere caricata da M_y,Ed = γ_ovγ_shf_yW_pl,y e dalla corrispondente forza di taglio V_z,Ed = –2 M_y,Ed / L_h, dove:

• f_y – resistenza caratteristica allo snervamento
• W_pl,y – modulo di resistenza plastico della sezione
• L_h – distanza tra le cerniere plastiche sulla trave

In caso di giunto asimmetrico, la trave deve essere caricata sia da momenti flettenti positivi che negativi e dalle corrispondenti forze di taglio.

Le piastre degli elementi dissipativi sono escluse dalla verifica normativa.