Collegamento a momento con piastra d'estremità estesa (AISC)

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Tradotto dall'intelligenza artificiale dall'inglese
Questo esempio fa parte di una serie che confronta IDEA StatiCa con i calcoli tradizionali per la pratica statunitense. Vengono analizzati i collegamenti con piastra d'estremità estesa a 8 bulloni, in particolare l'effetto dello spessore della piastra d'estremità, dell'interasse dei bulloni e degli irrigidimenti.

Questo esempio di verifica è stato preparato da Mark D. Denavit e Kayla Truman-Jarrell nell'ambito di un progetto congiunto tra The University of Tennessee e IDEA StatiCa.


1 Descrizione

In questo studio viene presentato un confronto tra i risultati ottenuti con il metodo degli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) e i metodi di calcolo tradizionali utilizzati nella pratica statunitense per i collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa (Fig. 1).

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Fig. 1 Schema del collegamento a momento con piastra d'estremità estesa analizzato in questo studio

I metodi di calcolo tradizionali utilizzati in questo lavoro per i collegamenti non sismici si basano sulle raccomandazioni presentate nell'AISC Design Guide 4 (Murray e Sumner 2003), oltre ai requisiti per la progettazione a fattori di carico e resistenza (LRFD) dell'AISC Specification (2016a). I metodi di calcolo tradizionali utilizzati in questo lavoro per i collegamenti sismici (ovvero progettati con criterio di gerarchia delle resistenze) si basano sull'AISC Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications (2016b), di seguito denominato AISC 358. Per entrambe le tipologie di collegamento, sismico e non sismico, questi riferimenti includono limitazioni minime sullo spessore della piastra d'estremità e dell'ala del pilastro che non sono direttamente basate sui carichi applicati. Tali limiti sono intesi a evitare l'effetto di leva e a garantire che il collegamento sia completamente vincolato. Per i collegamenti non sismici, è consentito utilizzare piastre e ali del pilastro di spessore inferiore se si considera l'effetto di leva, ad esempio seguendo le raccomandazioni di Dowswell (2011). Tuttavia, i limiti minimi di spessore sono stati rispettati in tutti i calcoli tradizionali di questo studio.

Gli stati limite valutati nei calcoli tradizionali includono la rottura a trazione dei bulloni, lo snervamento flessionale della piastra d'estremità e dell'ala del pilastro (tramite limitazioni di spessore), lo snervamento e la rottura a taglio della piastra d'estremità, gli stati limite locali del pilastro (ovvero snervamento locale dell'anima, instabilità locale dell'anima e instabilità dell'anima a compressione), lo snervamento del pannello d'anima del pilastro, gli stati limite a taglio dei bulloni (ovvero rottura a taglio dei bulloni, rifollamento, strappo – si noti che è stata considerata solo la resistenza a taglio dei bulloni compressi). Per semplicità, tutte le saldature sono state modellate come saldature di testa e la loro resistenza non è stata valutata nei calcoli tradizionali.

I risultati CBFEM sono stati ottenuti con IDEA StatiCa Versione 21.0. Alcuni modelli di esempio sono mostrati in Fig. 2. I carichi massimi ammissibili sono stati determinati in modo iterativo, regolando il valore del carico applicato fino a un valore che il programma considera sicuro, ma che se aumentato di una piccola quantità (ad es. 1 kip-in.) il programma considererebbe non sicuro. A differenza dei calcoli tradizionali, l'influenza della forza di leva è stata valutata in IDEA StatiCa e i risultati mostrati includono casi con effetto di leva. La rigidezza del collegamento è stata valutata mediante analisi di rigidezza (ovvero tipo di analisi "ST").

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Fig. 2 Collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa modellati in IDEA StatiCa.

2 Spessore della piastra d'estremità

In primo luogo, viene analizzato l'effetto dello spessore della piastra d'estremità sul comportamento e sulla resistenza del collegamento. Per questi confronti, la trave è una W21×68 e il pilastro è un W14×193. Entrambi sono conformi all'ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). Il pilastro è stato scelto di grandi dimensioni (tf = 1,44 in.) e dotato di irrigidimenti di spessore 5/8 in. (ovvero piastre di continuità) per garantire che lo stato limite determinante non fosse nel pilastro. La piastra d'estremità ha un'altezza di 29 in., una larghezza di 9,5 in. e uno spessore variabile da 3/8 in. a 2,5 in. Tutto il materiale delle piastre (ovvero piastra d'estremità e irrigidimenti) è conforme all'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). Il collegamento ha quattro bulloni in prossimità di ciascuna ala della trave (8 bulloni in totale) e la piastra d'estremità non è irrigidita. Questa configurazione è comunemente denominata configurazione a quattro bulloni non irrigidita, 4E. I bulloni hanno diametro 1-1/8 in., tipo A325, con un passo orizzontale di g = 5,5 in. e un interasse verticale di c = 4,5 in. La distanza verticale dalla mezzeria dei bulloni al bordo della piastra d'estremità è lev = 2 in.

In IDEA StatiCa, i carichi sono stati applicati utilizzando l'opzione "carichi in equilibrio". I momenti applicati alla sommità e alla base del pilastro erano ciascuno pari alla metà del momento applicato alla trave. Un carico di taglio di 25 kips è stato applicato anche al pilastro (Vcolumn = 25 kips, Fig. 1). Per semplicità, nessun taglio è stato applicato alla trave (Vbeam = 0 kips, Fig. 1).

La variazione del momento massimo applicato in funzione dello spessore della piastra d'estremità è presentata in Fig. 3. Lo stato limite determinante per ciascuno spessore è presentato nella Tabella 1. I risultati dei calcoli tradizionali non sono mostrati per spessori della piastra d'estremità inferiori a 1 in., poiché le piastre più sottili non soddisfacevano i requisiti minimi di spessore per evitare l'effetto di leva. Lo stato limite determinante dai calcoli tradizionali per i collegamenti che soddisfacevano il requisito di spessore della piastra d'estremità era la rottura a trazione dei bulloni. Di conseguenza, il momento massimo applicato non varia con lo spessore della piastra d'estremità.

La variazione del momento massimo applicato con lo spessore della piastra d'estremità è visibile nei risultati di IDEA StatiCa. Per piastre molto sottili (t ≤ 0,5 in.), la deformazione plastica nella piastra d'estremità governa la progettazione. Negli altri casi, la trazione nei bulloni governa la progettazione. Il momento massimo applicato aumenta all'aumentare dello spessore della piastra d'estremità nell'intero intervallo analizzato. L'aumento del momento massimo applicato è rapido per piastre sottili, poiché l'incremento di spessore aumenta direttamente la resistenza flessionale allo snervamento della piastra d'estremità. L'aumento del momento massimo applicato è più graduale quando governa la trazione nei bulloni. Per spessori della piastra d'estremità pari a 1,25 in. e superiori, il momento massimo applicato per IDEA StatiCa supera quello dei calcoli tradizionali. Il motivo è che i calcoli tradizionali assumono che la forza di contatto all'interfaccia tra l'ala del pilastro e la piastra d'estremità sia centrata rispetto all'ala della trave, mentre IDEA StatiCa modella esplicitamente la pressione di contatto. All'aumentare dello spessore della piastra d'estremità, la parte della piastra che si estende oltre l'ala inferiore della trave è più rigida e più capace di resistere alla pressione di contatto, spostando la forza di compressione al di sotto dell'ala inferiore della trave (Fig. 4). Pertanto, sebbene la capacità a trazione dei bulloni sia la stessa tra IDEA StatiCa e i calcoli tradizionali, il braccio della coppia è maggiore per IDEA StatiCa, con conseguente maggiore capacità a momento. 

Per ciascuno spessore della piastra d'estremità, la presenza dell'effetto di leva e la rigidezza del collegamento sono stati determinati da IDEA StatiCa. Si è assunto che un collegamento presenti effetto di leva se vi è tensione di contatto sul lato teso del collegamento. Ad esempio, come mostrato in Fig. 4, l'effetto di leva è stato osservato per il collegamento con piastra di spessore 7/8 in., ma non per il collegamento con piastra di spessore 2-1/2 in. Non vi è effetto di leva per spessori della piastra d'estremità pari a 1 in. e superiori. Ciò è in accordo con la corrispondente limitazione minima di spessore dei calcoli tradizionali. I collegamenti con spessori della piastra d'estremità pari a 7/8 in. e superiori sono stati determinati come completamente vincolati (ovvero rigidi) mediante un'analisi di rigidezza in IDEA StatiCa, indicando che la limitazione minima di spessore dei calcoli tradizionali fornisce anche un buon controllo indiretto della rigidezza del collegamento per questo caso.

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Fig. 3 Momento massimo applicato vs. spessore della piastra d'estremità

Tabella 1. Stato limite determinante per i risultati presentati in Fig. 3

Spessore piastra d'estremità, in.IDEA StatiCaTradizionale
0,375Deformazione plastica (piastra d'estremità)N/A
0,500Deformazione plastica (piastra d'estremità)N/A
0,625Trazione bulloniN/A
0,750Trazione bulloniN/A
0,875Trazione bulloniN/A
1,000Trazione bulloniTrazione bulloni
1,250Trazione bulloniTrazione bulloni
1,500Trazione bulloniTrazione bulloni
1,750Trazione bulloniTrazione bulloni
2,000Trazione bulloniTrazione bulloni
2,250Trazione bulloniTrazione bulloni
2,500Trazione bulloniTrazione bulloni
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Fig. 4 Tensione di contatto per i risultati presentati in Fig. 3

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Fig. 5 Tensione di contatto per i risultati presentati in Fig. 6 (con irrigidimento della piastra d'estremità)

L'aggiunta di irrigidimenti alla piastra d'estremità modifica il comportamento del collegamento. La variazione del momento massimo applicato con lo spessore della piastra d'estremità è presentata in Fig. 6 per gli stessi collegamenti analizzati in precedenza, ma con l'aggiunta di irrigidimenti alla piastra d'estremità. I risultati di IDEA StatiCa presentati in Fig. 3 per i collegamenti senza irrigidimenti sono inclusi in Fig. 6 come riferimento. Gli irrigidimenti avevano spessore 1/2 in., larghezza 3,5 in., lunghezza 6,5 in. e sono stati posizionati su entrambe le ali della trave. Il materiale delle piastre per gli irrigidimenti era conforme all'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi).

Per i calcoli tradizionali, l'aggiunta di irrigidimenti modifica lo schema delle linee di snervamento per la resistenza flessionale della piastra d'estremità, riducendo lo spessore minimo. Tuttavia, l'aggiunta di irrigidimenti non ha modificato la resistenza del collegamento, che è rimasta governata dalla rottura a trazione dei bulloni, poiché la forza di compressione si assume centrata rispetto all'ala indipendentemente dalla rigidezza della piastra d'estremità. Una revisione della ricerca recente ha confermato che la forza di compressione si sposta effettivamente al di sotto dell'ala inferiore con l'aggiunta di irrigidimenti alla piastra d'estremità e un metodo per tenere conto di questo spostamento nella progettazione è stato proposto (Landolfo et al. 2018).

Per IDEA StatiCa, l'aggiunta di irrigidimenti ha aumentato il carico massimo applicato. Gli stati limite determinanti erano gli stessi di quelli presentati nella Tabella 1. L'aumento dei carichi massimi applicati è stato maggiore per spessori della piastra d'estremità compresi tra 5/8 in. e 1 in., dove governa la trazione nei bulloni, e gli irrigidimenti hanno contribuito a ridurre l'effetto di leva e ad aumentare il braccio della coppia di forze.

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Fig. 6 Momento massimo applicato vs. spessore della piastra d'estremità

Le analisi precedenti hanno tutte utilizzato un pilastro relativamente grande per garantire che gli stati limite del pilastro non fossero determinanti. Il pilastro per le analisi seguenti è più piccolo, un W14×109. Gli altri aspetti dei collegamenti, inclusi lo spessore degli irrigidimenti del pilastro, la trave, la piastra d'estremità e i bulloni, sono rimasti invariati. La piastra d'estremità per queste analisi non è irrigidita.

La variazione del momento massimo applicato con lo spessore della piastra d'estremità è presentata in Fig. 8. Lo stato limite determinante per ciascuno spessore è presentato nella Tabella 2. In questa figura sono tracciate più curve sia per IDEA StatiCa che per i calcoli tradizionali.

Per i calcoli tradizionali, i risultati sono tracciati per il caso in cui l'effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio non è considerato nell'analisi del telaio e per il caso in cui tale effetto è considerato. Lo snervamento del pannello d'anima influisce sulla rigidezza complessiva del telaio e può aumentare significativamente gli effetti del secondo ordine. Se l'anelasticità del pannello d'anima non è considerata nell'analisi per determinare le sollecitazioni di progetto del telaio, l'AISC Specification (2016a) limita il comportamento del pannello d'anima al campo elastico. Se l'anelasticità del pannello d'anima è considerata nella determinazione delle sollecitazioni di progetto del telaio, viene riconosciuta una resistenza a taglio anelastica aggiuntiva del pannello d'anima.

Nel caso in cui l'anelasticità del pannello d'anima non è considerata nell'analisi, la resistenza a taglio del pannello d'anima governa la resistenza del collegamento, con un momento massimo applicato di 4.649 kip-in. Nel caso in cui l'anelasticità del pannello d'anima è considerata nell'analisi, la resistenza a trazione dei bulloni governa la resistenza del collegamento con un momento massimo applicato di 5.490 kip-in. (si noti che il momento massimo applicato per lo snervamento del pannello d'anima è solo leggermente superiore, pari a 5.495 kip-in.).

Lo stato limite determinante per IDEA StatiCa è il limite di deformazione plastica nella piastra d'estremità per piastre molto sottili (t ≤ 0,5 in.) e la trazione nei bulloni negli altri casi. Il momento massimo applicato è maggiore per IDEA StatiCa rispetto ai calcoli tradizionali. Poiché gli stati limite determinanti differiscono, sono state eseguite analisi aggiuntive per quantificare il momento applicato al quale viene raggiunto il limite di deformazione plastica per il pannello d'anima del pilastro, mostrato in Fig. 7 per uno spessore della piastra di 1,25 in. Questi valori sono tracciati come linea tratteggiata in Fig. 8 (si noti che i limiti di resistenza dei bulloni sono stati superati per queste analisi).

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Fig. 7 Deformazione plastica nel pannello d'anima per tp = 1,25 in.

IDEA StatiCa coglie lo stato limite di snervamento del pannello d'anima, sebbene con una resistenza maggiore rispetto a quanto consentito dall'AISC Specification (2016a) quando l'effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio è considerato nell'analisi. I collegamenti possono essere progettati in IDEA StatiCa per limitare lo snervamento del pannello d'anima semplicemente imponendo un limite di deformazione plastica inferiore al 5%. Ad esempio, il carico massimo applicato per il collegamento con piastra d'estremità di spessore 1,75 in. affinché il comportamento dell'anima del pilastro sia quasi elastico (ovvero limite di deformazione plastica dello 0,1%) è 4.418 kip-in., che si confronta bene con il momento massimo applicato di 4.649 kip-in. dei calcoli tradizionali quando l'effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio non è considerato nell'analisi.

È interessante notare che l'effetto di leva viene identificato e il collegamento viene classificato come parzialmente vincolato (semi-rigido) in IDEA StatiCa per spessori della piastra d'estremità fino a 1,5 in. I calcoli tradizionali consentono spessori della piastra d'estremità fino a 1 in. con l'ipotesi di assenza di effetto di leva.

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Fig. 8 Momento massimo applicato vs. spessore della piastra d'estremità

Tabella 2. Stato limite determinante per i risultati presentati in Fig. 8

Spessore piastra d'estremità, in.IDEA StatiCaTradizionale 1Tradizionale 2
0,375Deformazione plastica (piastra d'estremità)N/A N/A  
0,500Deformazione plastica (piastra d'estremità) N/A N/A 
0,625Trazione bulloni N/A N/A  
0,750Trazione bulloni N/A N/A  
0,875Trazione bulloni N/A N/A  
1,000Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni
1,250Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni
1,500Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni
1,750Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni
2,000Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni
2,250Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni
2,500Trazione bulloniTaglio pannello d'animaTrazione bulloni

1 Effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio non considerato nell'analisi

2 Effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio considerato nell'analisi


3 Interasse verticale dei bulloni

Lo spessore non è l'unico parametro che influisce sul comportamento della piastra d'estremità. All'aumentare della distanza verticale tra gli assi dei bulloni, aumenta anche il passo (distanza dalla faccia dell'ala della trave all'asse del bullone più vicino). In generale, il passo minimo possibile è il più economico (Murray e Sumner 2003), tuttavia valori maggiori possono essere necessari per ragioni costruttive o di altra natura.

Viene eseguita una serie di analisi con interasse verticale dei bulloni variabile. Per questi confronti, la trave è una W21×55 e il pilastro è un W14×109. Entrambi sono conformi all'ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). La piastra d'estremità ha un'altezza di 28,5 in., una larghezza di 9,0 in., uno spessore di 1 in. ed è conforme all'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi). Il collegamento ha quattro bulloni in prossimità di ciascuna ala della trave (8 bulloni in totale) e la piastra d'estremità non è irrigidita. I bulloni hanno diametro 1 in., tipo A325, con un passo orizzontale di 5,5 in. L'interasse verticale tra i bulloni varia da 3,5 in. a 6 in. e la distanza dalla mezzeria dei bulloni al bordo della piastra d'estremità varia da 2,5 in. a 1,25 in. Il baricentro del gruppo di bulloni è stato mantenuto costante. I carichi sono stati applicati come descritto nella sezione precedente, inclusi 25 kips di taglio nel pilastro.

La variazione del momento massimo applicato con l'interasse verticale dei bulloni è presentata in Fig. 9. Lo stato limite determinante sia per i calcoli tradizionali che per IDEA StatiCa era la rottura a trazione dei bulloni in tutti i casi. Per interassi verticali dei bulloni inferiori o uguali a 5 in., vi è un buon accordo tra i calcoli tradizionali e IDEA StatiCa. Per interassi verticali maggiori, il carico massimo applicato da IDEA StatiCa diminuisce. Il carico massimo applicato dai calcoli tradizionali è costante nell'intero intervallo. La ragione della discrepanza è l'effetto di leva. Lo spessore della piastra soddisfa il requisito minimo di spessore dei calcoli tradizionali per assumere l'assenza di effetto di leva. Tuttavia, l'effetto di leva viene osservato nei risultati di IDEA StatiCa per interassi verticali dei bulloni di 5,5 in. e 6 in., riducendo il momento massimo applicato.

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Fig. 9 Momento massimo applicato vs. interasse verticale dei bulloni


4 Progettazione in capacità

I collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa sono uno dei tipi di collegamento prequalificati per l'uso in telai a momento in acciaio speciali e intermedi (AISC 2016b). Tuttavia, sono prequalificati solo se soddisfano le limitazioni e sono stati progettati secondo la procedura altamente prescrittiva dell'AISC 358. I criteri di progettazione dell'AISC 358 sono intesi a garantire che la deformazione anelastica del collegamento sia ottenuta mediante lo snervamento della trave.

L'utilizzo di IDEA StatiCa in sostituzione della procedura di progettazione specificata nell'AISC 358 non è consentito per dimostrare la conformità ai requisiti per i collegamenti trave-pilastro per telai a momento in acciaio speciali e intermedi. Tuttavia, IDEA StatiCa dispone della capacità di eseguire la progettazione in capacità e di produrre risultati comparabili.

Per la progettazione in capacità in IDEA StatiCa, elementi specifici sono designati come componenti dissipativi. La risposta tensione-deformazione di questi componenti viene sostituita con quella basata sulle resistenze attese del materiale e include l'incrudimento. Vengono quindi applicati i carichi corrispondenti agli effetti del carico massimi probabili. Per il collegamento a momento con piastra d'estremità estesa, la trave è il componente dissipativo e gli effetti del carico massimi probabili sono calcolati secondo l'AISC 358.

In questa analisi, una serie di collegamenti viene progettata in capacità secondo la procedura AISC 358 e con IDEA StatiCa per confrontare i risultati. Si noti che i fattori di resistenza predefiniti sono stati sostituiti in IDEA StatiCa per corrispondere a quelli specificati nell'AISC 358. La trave varia da una W18×35 a una W18×60, il pilastro è un W14×211. Tutti i profili a doppio T sono conformi all'ASTM A992 (Fy = 50 ksi, Ry = 1,1, Fu = 65 ksi). La piastra d'estremità è conforme all'ASTM A572 Gr. 50 (Fy = 50 ksi, Fu = 65 ksi) e ha un'altezza di 28 in. La larghezza della piastra era 7 in. per le travi W18x35, W18x40 e W18x46 e 8,5 in. per le travi W18x50, W18x55 e W18x60. Lo spessore della piastra d'estremità è stato selezionato durante il processo di progettazione. È stata utilizzata una configurazione a quattro bulloni non irrigidita, 4E, con bulloni A490. Il diametro dei bulloni è stato selezionato durante il processo di progettazione. Il passo orizzontale era 5,5 in., l'interasse verticale dei bulloni era 5,5 in. e la distanza verticale dalla mezzeria dei bulloni al bordo della piastra d'estremità era lev = 2 in.

Il momento applicato e il taglio applicato alla trave per ciascuna sezione di trave sono elencati nella Tabella 3. Il taglio applicato alla trave è stato basato su una forza di taglio nella trave derivante dai carichi gravitazionali assunti pari a 30 kips e una lunghezza della trave (tra gli assi dei pilastri) di 30 ft. I carichi sono stati applicati alla "posizione X" (ovvero la distanza dall'asse del pilastro alla posizione presunta della cerniera plastica). Un carico di taglio di 30 kips è stato applicato anche al pilastro. È interessante notare che le deformazioni plastiche nella trave hanno raggiunto un massimo di circa il 10% in queste analisi. Tuttavia, questo elevato livello di deformazione plastica non supera alcun limite poiché la trave è classificata come componente dissipativo.

Tabella 3. Carichi applicati per l'esempio di progettazione in capacità

Sezione traveMomento applicato, kip-inTaglio applicato alla trave, kipPosizione X, in
W18X354.20655,816,70
W18X404.95960,416,80
W18X465.73765,216,90
W18X506.38869,216,85
W18X557.08473,416,90
W18X607.78077,716,95

Lo spessore della piastra d'estremità progettata e il diametro dei bulloni sono mostrati in funzione del peso della trave rispettivamente in Fig. 10 e Fig. 11. Per ogni dimensione di trave viene mostrata una progettazione per i calcoli tradizionali, poiché la procedura AISC 358 inibisce l'effetto di leva e produce un'unica progettazione efficiente. Per ogni dimensione di trave vengono mostrate due progettazioni per IDEA StatiCa. Con la capacità di considerare esplicitamente l'effetto di leva in IDEA StatiCa, è possibile ottenere una gamma di progettazioni efficienti a seconda della priorità relativa tra diametro dei bulloni e spessore della piastra. È stata eseguita un'ottimizzazione informale per determinare una progettazione in cui lo spessore della piastra è minimizzato e un'altra in cui il diametro dei bulloni è minimizzato.

Quando il diametro dei bulloni è minimizzato, il diametro risultante è lo stesso tra i calcoli tradizionali e IDEA StatiCa, ma lo spessore della piastra è maggiore per la progettazione con IDEA StatiCa. Le piastre più spesse sono necessarie in IDEA StatiCa per eliminare l'effetto di leva e minimizzare la sollecitazione sui bulloni.

Quando lo spessore della piastra è minimizzato, lo spessore risultante per la progettazione con IDEA StatiCa è approssimativamente lo stesso dei calcoli tradizionali, con alcune progettazioni uguali, alcune con una piastra di uno spessore maggiore e alcune con una piastra di uno spessore minore. I bulloni per la progettazione con IDEA StatiCa in questi casi sono più grandi di quanto richiesto dai calcoli tradizionali a causa delle maggiori sollecitazioni derivanti dall'effetto di leva.

Questi risultati indicano che le ipotesi di modellazione integrate in IDEA StatiCa producono una valutazione più conservativa dell'effetto di leva rispetto ai calcoli tradizionali e, di conseguenza, IDEA StatiCa fornisce una progettazione conservativa di questi due componenti del collegamento a momento con piastra d'estremità estesa.

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Fig. 10 Spessore della piastra vs. peso della trave

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Fig. 11 Diametro dei bulloni vs. peso della trave

5 Sommario

Questo studio ha confrontato la progettazione di collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa utilizzando i metodi di calcolo tradizionali della pratica statunitense e IDEA StatiCa. Le principali osservazioni dello studio includono:

  • IDEA StatiCa fornisce resistenze disponibili per i collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa simili a quelle dei calcoli tradizionali.
  • Le differenze di resistenza sono principalmente dovute all'effetto di leva e alla distribuzione della tensione di contatto, entrambi affrontati con ipotesi semplificate nei calcoli tradizionali, ma modellati esplicitamente in IDEA StatiCa.
  • Utilizzando i parametri predefiniti, la resistenza del pannello d'anima da IDEA StatiCa è simile a quella dell'AISC Specification quando l'effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio è considerato nell'analisi per determinare le sollecitazioni di progetto. La resistenza inferiore indicata nell'AISC Specification per il caso in cui l'effetto delle deformazioni anelastiche del pannello d'anima sulla stabilità del telaio non è considerato nell'analisi per determinare le sollecitazioni di progetto può essere ottenuta regolando il limite di deformazione plastica in IDEA StatiCa.
  • Le capacità di progettazione in capacità di IDEA StatiCa consentono la selezione del diametro dei bulloni e dello spessore della piastra in modo conservativo rispetto alla procedura definita nell'AISC 358.

6 Riferimenti

AISC. (2016a). Specification for Structural Steel Buildings. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2016b). Prequalified Connections for Special and Intermediate Steel Moment Frames for Seismic Applications. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

AISC. (2017). Steel Construction Manual, 15th Edition. American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Dowswell, B. (2011). "A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections." Engineering Journal, AISC, (2nd Quarter), 93–116.

Landolfo, R., D'Aniello, M., Costanzo, S., Tartaglia, R., Demonceau, J., Jaspart, J., Stratan, A., Jakab, D., Dubina, D., Elghazouli, A., and Bompa, D. (2018). Equaljoints PLUS – Volume with information brochures for 4 seismically qualified joints, European Convention for Constructional Steelwork (ECCS), Brussels, Belgium.

Murray, T. M. and Sumner, E. A. (2003). Extended End-Plate Moment Connections: Seismic and Wind Applications, Second Edition. Design Guide 4, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.