Forza di leva e forza di trazione elevata nei bulloni

Perché la forza di trazione in un bullone è più alta di quanto previsto da un calcolo manuale? Perché sono presenti forze di trazione nei bulloni in un collegamento con piastra d'anima? Perché le forze di trazione nei bulloni sono talvolta diverse per ciascuna classe di bullone?

La risposta comune è il modello CBFEM utilizzato nelle applicazioni IDEA StatiCa. La deformazione delle piastre e delle altre parti viene calcolata come parte dell'analisi agli elementi finiti, e quindi le forze di leva entrano in gioco. Le forze di leva sono i carichi aggiuntivi introdotti anche nei bulloni. Per saperne di più sulle forze di leva, consulta il post del blog dedicato.

Come risultato delle forze di leva, le forze di trazione risultanti nei bulloni possono variare notevolmente in funzione della progettazione del collegamento, della resistenza delle parti del collegamento e degli effetti del carico applicato.

Forze di trazione nei bulloni di un collegamento con piastra d'anima

Nella maggior parte dei casi, le piastre d'anima utilizzano una sola piastra per collegare l'elemento. La conseguenza di ciò è che si applica una piccola eccentricità al collegamento. Questa eccentricità causerà forze di leva aggiuntive sulle piastre, che inducono trazione nei bulloni.

Se viene utilizzata una piastra d'anima doppia e il collegamento è simmetrico, le uniche forze di trazione nei bulloni compaiono a causa della deformazione delle piastre d'anima, poiché con le deformazioni viene prodotta un'eccentricità aggiuntiva.

Forze di trazione più elevate nei bulloni di un collegamento con piastra d'estremità

Più sottile è la piastra d'estremità, maggiore è la deformazione sotto gli effetti del carico applicato. Ciò aggiunge l'azione di leva e forze di trazione aggiuntive vengono applicate ai bulloni. Se la piastra d'estremità è spessa e quindi sufficientemente rigida, le forze di leva vengono eliminate. Vedi questo effetto dimostrato in un semplice esempio:

a) Piastra d'estremità - spessore 10 mm, forza di trazione applicata 200 kN

Forza di trazione risultante in 4 bulloni: 61,5 x 4 = 246 kN

b) Piastra d'estremità - spessore 40 mm, forza di trazione applicata 200 kN

Forza di trazione risultante in 4 bulloni: 49,9 x 4 = 200 kN

Forze di trazione diverse nei bulloni in funzione della classe del bullone

Ogni classe di bullone ha un diagramma di lavoro diverso e valori diversi della tensione di snervamento. In un collegamento con piastra d'estremità tra due travi caricate da un momento flettente, viene mostrato il confronto tra tre diverse classi di bulloni (8.8, 10.9 e 5.6) per un bullone M20.

Per effetti del carico relativamente bassi, le forze di trazione risultanti nei bulloni per ciascuna classe mostrano valori simili.

Ma per effetti del carico che determinano un elevato sfruttamento dei bulloni (e plastificazione nei bulloni), la forza di trazione varia in funzione della classe del bullone. Maggiore è la classe del bullone, maggiore è la forza di trazione risultante.

Per ulteriori informazioni, consulta il background teorico e la registrazione video.