Connessioni in alluminio in IDEA StatiCa
Ciò può essere ottenuto creando un nuovo materiale definito dall'utente basato sulle proprietà del materiale in alluminio nelle zone termicamente alterate (HAZ), applicando il corretto modello di materiale bilineare e utilizzando le verifiche di bulloni e saldature secondo la norma 1993-1-8.
L'alluminio è sempre più utilizzato nell'ingegneria strutturale grazie al suo basso peso, alla resistenza alla corrosione e alla durabilità a lungo termine. Allo stesso tempo, l'alluminio si comporta in modo fondamentalmente diverso dall'acciaio, specialmente nelle zone saldate. Il progettista deve tenere conto dell'ammorbidimento nella HAZ, della ridotta duttilità e della forte dipendenza della resistenza dalla lega e dalla tempra.
IDEA StatiCa Connection può supportare la progettazione in alluminio se il comportamento specifico è correttamente rappresentato nel modello.
Materiale
Sebbene l'alluminio abbia la stessa forma del diagramma del materiale, richiede un input aggiuntivo da parte dell'utente perché le sue proprietà meccaniche sono fortemente influenzate da:
- lega e tempra,
- spessore,
- storia del trattamento termico,
- saldatura e la conseguente zona termicamente alterata (HAZ - heat‑affected zone).
Tensione di snervamento convenzionale (f₀) e resistenza a trazione ultima (fᵤ)
La tensione di snervamento convenzionale (equivalente alla tensione di snervamento nell'acciaio) e la resistenza a trazione ultima variano per ogni lega e tempra. Questi valori devono essere ricavati dalla EN 1999‑1‑1 e inseriti manualmente nella definizione di un materiale utente.
Zona termicamente alterata (HAZ)
La saldatura riduce significativamente la resistenza dell'alluminio, spesso del 40–60% nelle aree intorno alle saldature denominate zone termicamente alterate. IDEA StatiCa non rileva automaticamente le regioni HAZ, pertanto l'utente deve specificarle esplicitamente.
Esistono due opzioni:
- Assegnare un materiale separato con resistenze HAZ ridotte alle regioni saldate pertinenti, oppure
- assegnare le proprietà HAZ all'intera connessione, il che è conservativo ma pratico e riflette il fatto che la maggior parte dei cedimenti si verifica nella HAZ o nelle sue vicinanze.
Diagramma del materiale
L'alluminio presenta una duttilità significativamente inferiore rispetto all'acciaio. Per la progettazione strutturale in IDEA StatiCa, sono state fornite le seguenti indicazioni:
- Poiché la plasticità della lega di alluminio dipende fortemente dalla tempra, il campo della plasticità ultima varia significativamente tra i diversi processi di formatura. Non è possibile fornire un'indicazione generale sul limite di deformazioneplastica per tutte le leghe.
- Se l'utente desidera utilizzare l'analisi plastica, il limite di deformazione plastica per le piastre è a discrezione dell'utente.
- Il campo delle deformazioni ingegneristiche ultime e di frattura è mostrato di seguito.
Per le tipiche leghe di alluminio strutturale, la deformazione ingegneristica ultima (uniforme) rientra generalmente nell'intervallo del 4–10%, mentre la deformazione totale a frattura (allungamento dopo la rottura) è tipicamente nell'intervallo del 9–18%, a seconda della serie di leghe e del trattamento termico.
Modulo di incrudimento E₁
Per l'alluminio, il modulo di incrudimento E₁ non è costante e deve essere determinato da fᵤ, f₀, εu, εp. Ciò differisce dall'acciaio, ma IDEA StatiCa utilizza la relazione fissa E₁ = E / 1000 e non può essere modificata.
Cosa significa questo in pratica?
Il limite di deformazione plastica deve essere modificato nelle impostazioni del progetto.
Per creare un materiale in alluminio, è necessario accedere alla scheda Materiali, Copiare il materiale esistente e Modificarlo.
Le proprietà del materiale devono quindi essere adattate alle specifiche dell'alluminio. Se la connessione include saldature, i valori HAZ f0,haz e fu,haz devono essere considerati.
I materiali definiti dall'utente possono essere salvati nella libreria MPRL, dove sono disponibili per l'utilizzo in tutti i progetti futuri in IDEA StatiCa Connection.
Coefficienti parziali
Le verifiche allo SLU per materiali, bulloni e saldature sono identiche tra le normative – compatibilità garantita.
Bulloni standard
La maggior parte delle verifiche dei bulloni nella EN 1999‑1‑1 utilizza le stesse equazioni e gli stessi parametri della EN 1993‑1‑8. Ciò significa che:
- Le verifiche dei bulloni esistenti in IDEA StatiCa sono pienamente applicabili alle connessioni in alluminio.
- L'unica differenza riguarda il fattore di resistenza a trazione k₂ per bulloni a testa svasata e bulloni in alluminio.
Questi tipi non sono supportati in IDEA StatiCa Connection, così come i rivetti.
Per i bulloni in acciaio standard (la scelta tipica nelle strutture in alluminio), tutte le verifiche rimangono valide.
Si noti che la EN 1999 richiede esplicitamente la protezione contro la corrosione galvanica quando l'alluminio è a contatto con altri metalli come l'acciaio.
Bulloni pretensionati (ad attrito)
Il coefficiente di attrito per la EN 1993-1-8 è basato sulle superfici/trattamenti di attrito. Il coefficiente di attrito per la EN 1999-1-1 è basato sullo spessore delle superfici di attrito.
In IDEA StatiCa, il coefficiente di attrito μ può essere impostato direttamente nelle impostazioni del progetto, pertanto i valori possono essere applicati senza limitazioni.
Saldature
Quando è presente la saldatura, la zona termicamente alterata (HAZ) subisce una significativa riduzione della resistenza dovuta al degrado del materiale. Queste zone non vengono riconosciute automaticamente dall'applicazione, pertanto gli utenti devono rappresentarle esplicitamente.
Ciò può essere fatto:
- definendo un materiale HAZ separato e assegnandolo alla parte interessata della piastra.
- applicando in modo conservativo le proprietà HAZ all'intera connessione, il che evita complesse modifiche geometriche
La condizione di plasticità di Von Mises è utilizzata come criterio di rottura in IDEA StatiCa. È in linea con l'ipotesi della EN 1993-1-8. Le saldature devono avere un materiale assegnato che corrisponda alla resistenza HAZ.
Conclusione
✅ I coefficienti parziali per materiali, bulloni e saldature sono coerenti tra EN 1999‑1‑1 e EN 1993‑1‑8.
⚠️ I materiali in alluminio non sono predefiniti e devono essere definiti dall'utente, incluse le corrette resistenze HAZ.
⚠️ Il limite di deformazione plastica deve essere assunto in modo conservativo. La deformazione plastica per l'analisi dipende fortemente dalla tempra e dal processo di formatura.
❌ Il modulo di incrudimento E1 dipende da fᵤ, f₀, εel, εmax per l'alluminio. IDEA StatiCa utilizza la relazione fissa che non può essere modificata. Il basso incrudimento in IDEA StatiCa è conservativo.
✅ Le verifiche normative per bulloni in acciaio standard e precaricati sono compatibili con la configurazione attuale di IDEA StatiCa.
✅ Le verifiche delle saldature sono compatibili.
⚠️ Le zone HAZ devono essere definite esplicitamente, oppure l'intera connessione può utilizzare in modo conservativo le proprietà HAZ.
⚠️ La soluzione per le connessioni in alluminio non è stata verificata.
Nota: Una spiegazione più dettagliata di questo argomento è fornita nel documento PDF.