Verifiche

Piastra a sezione cava circolare

Steel

EN (Eurocode)

CBFEM

Welds

Connection

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Tradotto dall'intelligenza artificiale dall'inglese

Questo è un capitolo selezionato dal libro Component-based finite element design of steel connections del prof. Wald et al. Il capitolo è incentrato sulla verifica del collegamento di piastra a sezione cava circolare.

Metodo delle modalità di rottura

I giunti T uniplanari saldati piastra-sezione cava circolare (CHS) previsti dal CBFEM sono verificati rispetto all'FMM in questo capitolo. Nel CBFEM, la resistenza di progetto è limitata dal raggiungimento del 5 % di deformazione o da una forza corrispondente al 3 % di deformazione del giunto d₀, dove d₀ è il diametro del corrente. L'FMM si basa sul limite di carico di picco o sul limite di deformazione del 3 % d₀; si veda Lu et al. (1994). Le saldature, progettate secondo EN 1993‑1‑8:2006, non sono i componenti più deboli del giunto.

Plastificazione del corrente

La resistenza di progetto della faccia del corrente CHS è determinata utilizzando il metodo fornito dal modello FMM nel Cap. 9 di prEN 1993-1-8:2020 e in ISO/FDIS 14346; si veda Fig. 7.3.1. La resistenza di progetto del giunto piastra-CHS saldato con carico assiale è:

Giunto T

Trasversale

\[ N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5} \]

Longitudinale

\[ N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5} \]

Giunto X

Trasversale

\[ N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5} \]

Longitudinale

\[ N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5} \]

dove:

f_y,i – resistenza allo snervamento dell'elemento i (i = 0,1,2 o 3)
t_i – spessore della parete dell'elemento CHS i (i = 0,1,2 o 3)
\(\beta\) – rapporto tra il diametro medio o la larghezza degli elementi di corrente secondario e quello del corrente principale
\(\eta\) – rapporto tra l'altezza dell'elemento di corrente secondario e il diametro o la larghezza del corrente principale
\(\gamma\) – rapporto tra la larghezza o il diametro del corrente principale e il doppio del suo spessore di parete
Q_f – fattore di tensione del corrente
C_f – fattore di materiale
\(\gamma_{M5}\) – coefficiente parziale per la resistenza dei giunti nelle travi reticolari a sezione cava
N_i,Rd – resistenza di progetto di un giunto espressa in termini di forza assiale interna nell'elemento i (i = 0,1,2 o 3)

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification}}}\]

Campo di validità

Il CBFEM è stato verificato per giunti tipici di sezioni cave circolari saldate. Il campo di validità per questi giunti è definito nella Tabella 7.8 di prEN 1993-1-8:2020; si veda Tab. 7.3.1. Lo stesso campo di validità è applicato al modello CBFEM. Al di fuori del campo di validità dell'FMM, è necessario predisporre un esperimento per la validazione o eseguire una verifica secondo un modello di ricerca validato.

Tab. 7.3.1 Campo di validità per il metodo delle modalità di rottura

Generale	\(0.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.0 \)	\( \theta_i \ge 30^{\circ} \)	\(-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25 \)
	\(g \ge t_1+t_2 \)	\(f_{yi} \le f_{y0} \)	\( t_i \le t_0 \)

Corrente	Compressione	Classe 1 o 2 e \(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (ma per giunti X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
	Trazione	\(10 \le d_0 / t_0 \le 50 \) (ma per giunti X: \( d_0/t_0 \le 40 \))
Piastra trasversale		\(0.25\le\beta=b_1/d_0\le1\)
Piastra longitudinale		\(0.6\le\eta=h_1/d_0\le4 \)

Validazione

In questo capitolo, il CBFEM è validato rispetto ai modelli FMM di giunti T piastra-CHS descritti in prEN 1993-1-8:2020. I modelli sono confrontati con i dati delle prove meccaniche nelle Tab. 7.3.2–7.3.3 con la resistenza basata sul limite di deformazione. Le proprietà materiali e geometriche delle prove numeriche sono descritte in (Voth A.P. e Packer A.J., 2010). Gli esperimenti al di fuori del campo di validità sono contrassegnati nelle tabelle con un asterisco * e nel grafico sono indicati per mostrare la qualità delle condizioni al contorno.

Tab. 7.3.2 Proprietà geometriche, proprietà materiali e resistenze dei collegamenti da esperimenti e modelli FMM per giunto T trasversale

ID	Riferimento	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPT 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	115,6	0,7	31,8	308,0
TPT 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	148,7	0,9	31,8	308,0
TPT 3	Washio et al. (1970)	139,8	3,5	125,8	0,9	39,9	343,0
TPT 4	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	100,3	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Tipo di corrente secondario	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPT 1	169,4	Compressione	20,34	16,25	1,25
TPT 2	250,5	Compressione	30,08	22,58	1,33
TPT 3	184,8	Compressione	43,98	24,45	1,80
TPT 4	282,5	Trazione	36,04	12,45	2,89

Tab. 7.3.3 Proprietà geometriche, proprietà materiali e resistenze dei collegamenti da esperimenti e modelli FMM per giunto T longitudinale

ID	Riferimento	d₀ [mm]	t₀ [mm]	h₁ [mm]	h₁/d₀ [-]	d₀/t₀ [-]	f_y0 [MPa]
TPL 1	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	165,2	1,0	31,8	308,0
TPL 2	Washio et al. (1970)	165,2	5,2	330,4	2,0	31,8	308,0
*TPL 3	Voth et al. (2012)	219,2	4,5	99,9	0,5	48,8	388,8

ID	N_u,exp [kN]	Tipo di corrente secondario	N_u,exp/(t₀²·f_y0)	N_1,prEN/(t₀²·f_y0)	N_u,exp/N_1,prEN
TPL 1	107,6	Compressione	12,92	10,36	1,25
TPL 2	127,4	Compressione	15,30	13,32	1,15
*TPL 3	160,6	Trazione	20,49	8,75	2,34

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}\]

La validazione mostrata nelle Fig. 7.3.2 e 7.3.3 dimostra che le differenze rispetto agli esperimenti sono almeno del 15 % generalmente a favore della sicurezza. Gli esperimenti al di fuori del campo di validità sono inclusi e contrassegnati. I risultati indicano la buona qualità delle condizioni al contorno scelte.

Giunto T uniplanare piastra

Una panoramica degli esempi considerati nello studio è fornita nella Tab. 7.3.4. I casi selezionati coprono un ampio intervallo di rapporti geometrici del giunto. La geometria dei giunti con le dimensioni è mostrata nella Fig. 7.3.4. Lo spessore della piastra è di 15 mm in tutti i casi trattati in questo studio.

Tab. 7.3.4 Panoramica degli esempi

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)}}}\]

Verifica

I risultati della resistenza e della modalità di rottura di progetto dell'FMM sono confrontati con i risultati del CBFEM nella Tab. 7.3.5 e nella Fig. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Verifica della previsione delle resistenze tramite CBFEM sull'FMM a) orientamento trasversale b) orientamento longitudinale

Lo studio mostra una buona concordanza per i casi di carico applicati. I risultati sono riassunti in diagrammi che confrontano le resistenze di progetto del CBFEM e dell'FMM; si veda Fig. 7.3.5. I risultati mostrano che la differenza tra i due metodi di calcolo è in tutti i casi inferiore al 7 %.