Ancoraggi a traliccio - suggerimenti e trucchi

Informazioni sulle strutture a traliccio

Il modello globale è prevalentemente composto da elementi a traliccio che coprono solo trazione/compressione. Ciò significa che la flessione e il taglio negli elementi sono completamente soppressi. Dal punto di vista del Metodo degli Elementi Finiti, la matrice di rigidezza è dominata dai termini assiali, eliminando i gradi di libertà (GdL) di flessione e taglio.

•  Convertire la flessione in forze assiali
•  Massimizzare lo sfruttamento del materiale
•  Fornire percorsi di carico chiari
•  Consentire luci elevate
•  Semplificare la valutazione della stabilità

Modello globale 

Il sistema a traliccio a sbalzo è fissato alla colonna in calcestruzzo prefabbricato. La struttura a traliccio è collegata a una trave tramite una coppia di collegamenti cernierati. Tutte le forze sono trasferite attraverso ancoraggi a trazione e taglio, e calcestruzzo sotto compressione.

01) Modello globale a traliccio e percorso di carico chiaro

Checkbot 

Questi tipi di strutture vengono importati in Checkbot con nodi accoppiati o multipli che, per loro natura, non possono essere esportati in IDEA StatiCa Connection in un insieme. Nel primo passaggio, il nodo della corda superiore verrà eliminato. L'elemento della corda superiore non sarà correlato ad alcun nodo esistente e dovrà essere collegato al nodo della corda inferiore, che unisce gli elementi diagonali e della corda inferiore. Una volta completato il processo, tutti gli elementi saranno unificati sotto un unico nodo principale. Ciò apre la strada a un controllo più efficace di più elementi con l'assemblaggio con offset.

02) Modello Checkbot + unione degli elementi in un unico nodo

IDEA StatiCa Connection

Il modello costruito comprende una sequenza di doppi profili a L. Le corde superiore e inferiore del traliccio sono collegate alla colonna prefabbricata tramite piastre rondella gettate in opera, integrate da una piastra di base e una piastra di nodo pre-saldata per facilitare un montaggio efficiente in cantiere.

03) Descrizione del modello di ancoraggio progettato

Nell'analisi globale, le forze assiali si assumono tipicamente agenti attraverso il baricentro della sezione trasversale. Tuttavia, se il gruppo di bulloni nel collegamento reale non è allineato con il centro di gravità della sezione, viene introdotta un'eccentricità. Questa eccentricità genera momenti flettenti secondari negli elementi collegati.

Tali effetti non vengono catturati in un modello FEA globale standard a meno che la geometria del collegamento e l'introduzione del carico non siano modellati esplicitamente. In pratica, il momento aggiuntivo derivante dall'eccentricità della forza assiale si manifesta come un aumento della tensione flessionale, che contribuisce successivamente alla valutazione finale della tensione di von Mises nella verifica dettagliata del collegamento.

Per la configurazione a traliccio esaminata, il vincolo N–Vy–Vz fornisce una rappresentazione più realistica del trasferimento delle forze. Questa affermazione non è intesa come una raccomandazione universale per tutti i sistemi a traliccio, ma piuttosto come una conclusione specifica per questo schema strutturale.

Questi vincoli sopprimono la deformazione rotazionale al giunto, generando momenti di reazione residui. Inoltre, la diagonale verticale vincola la flessione della corda, rafforzando l'ipotesi che il vincolo N–Vy–Vz rifletta meglio il comportamento reale del collegamento in questo caso.

Dal punto di vista della meccanica del collegamento, questa condizione al contorno è pertanto considerata più vicina alla realtà fisica.

04) Corde e diagonali vincolate

Il modello a filo illustra le traiettorie dei carichi e le linee dei centri di gravità per ciascuna sezione.

05) Modello a filo e percorso di carico chiaro

La forma deformata e le visualizzazioni delle tensioni forniscono un'indicazione e un controllo di coerenza sulla corretta applicazione dei carichi. La trazione nella corda superiore e la compressione nella corda inferiore indicano che il modello surrogato funziona correttamente.

06) Verifiche normative e forma deformata

L'interazione delle forze non è considerata nel blocco di calcestruzzo a causa di ipotesi semplificate valide per il mezzo in calcestruzzo nell'applicazione Connection. Lo sfruttamento è solo del 38%, e la verifica degli ancoraggi non è soddisfatta. Perché accade questo?

Nota:

I gruppi di ancoraggi su piastre di base separate interagiscono tra loro in un unico blocco di calcestruzzo. Questo esula dall'ambito delle normative per la progettazione degli ancoraggi. Il cono di rottura del calcestruzzo a trazione e il pryout del calcestruzzo non vengono verificati. Il cedimento del bordo del calcestruzzo non viene verificato. (CEB-FIB: Bulletin 58 - Design of anchorages in concrete (2011) – Chapter 1.2: Figure 1.2-8 and Figure 1.2-9). 

Ciò indirizza l'utente alla verifica normativa con il Detail 3D, poiché la normativa è carente per la configurazione sopra descritta.

07) Perché la verifica degli ancoraggi non è soddisfatta?

L'instabilità deve essere sempre verificata quando si esamina il collegamento. La forma modale e il fattore di instabilità sono forniti come indicatori del margine di sicurezza, ed è possibile identificare il modo più probabile a diventare instabile per primo. 

Questo riguarda l'analisi lineare di instabilità, in cui il contatto tra la piastra di nodo e le pareti dei doppi profili a L viene aperto.

Contatto aperto (gioco):

Se le piastre sono separate nello stato di equilibrio:

• Il contatto è inattivo
• Non viene aggiunto alcun contributo di rigidezza
• Le superfici si muovono indipendentemente nel modo di instabilità

Conseguenze per i collegamenti in acciaio pratici:

In molti collegamenti in acciaio:

• piastre di nodo
• angolari
• fori per bulloni
• rondelle

I contatti sono solo parzialmente attivi nello stato di equilibrio.

Pertanto, nell'analisi lineare di instabilità:

• Solo le zone attualmente compresse contribuiscono alla rigidezza
• I potenziali contatti futuri vengono ignorati

Ciò può portare a:

• penetrazione locale negli autovettori
• modi di instabilità eccessivamente flessibili
• schemi di deformazione non realistici.

Questo non è un errore — è una limitazione fondamentale dell'analisi di instabilità agli autovalori con contatto.

08) Modi di instabilità lineare e fattore critico

IDEA StatiCa 3D Detail

Per chiudere il ciclo di progettazione e ottenere una soluzione soddisfacente per tutti i componenti — inclusa la colonna in calcestruzzo prefabbricato — è essenziale tenere conto della disposizione dell'armatura esistente e valutare il sistema considerando l'interazione tra ancoraggi e barre di armatura.

Il meccanismo di trasferimento del carico non termina alla piastra di base. Le forze degli ancoraggi devono essere ridistribuite nell'elemento in calcestruzzo armato attraverso l'aderenza, il confinamento e l'azione Puntone-e-tirante. Pertanto, l'armatura deve essere inclusa esplicitamente nel modello di verifica.

Utilizzando il collegamento BIM da IDEA StatiCa Connection, il trasferimento dei dati è diretto ed efficiente. Le seguenti informazioni possono essere importate direttamente:

• Geometria della colonna in calcestruzzo
• Configurazione della piastra di base e degli ancoraggi
• Forze risultanti negli ancoraggi e nelle saldature

Ciò accelera significativamente il percorso verso la verifica normativa finale.

Tuttavia, per ottenere una valutazione fisicamente coerente, i componenti obbligatori — in particolare la disposizione dell'armatura e le condizioni al contorno realistiche — devono essere definiti nel modello 3D Detail (CSFM). Solo allora il comportamento composito del calcestruzzo e dell'armatura può essere valutato correttamente, e i modi di rottura fragile (ad es., cono di rottura del calcestruzzo) possono essere valutati nel contesto di un sistema armato.

Il sistema del campo vettoriale di forze predefinito, derivato dall'applicazione Connection, garantisce una significativa ridistribuzione delle tensioni sotto la piastra di base. 

09) Armature, condizioni al contorno + distribuzione delle forze

È necessario eseguire un controllo di coerenza e un'ispezione visiva per assicurarsi che il modello si comporti come previsto. Il flusso delle tensioni di compressione mostra il comportamento atteso, e la tensione nell'armatura garantisce la sicurezza del progetto. 

10) Verifica di sintesi, flusso delle tensioni

La forma deformata dovrebbe essere il primo risultato da utilizzare per verificare la correttezza delle condizioni al contorno. La forma deformata delinea il comportamento atteso.

11) Stato tensionale degli ancoraggi, forma deformata

Conclusioni e punti chiave

Modello a traliccio = idealizzazione assiale
Efficiente per il flusso globale delle forze (solo trazione/compressione), ma gli effetti di flessione e taglio sono soppressi e devono essere affrontati a livello del collegamento.

L'ipotesi baricentrica è fondamentale
Il disallineamento tra il gruppo di bulloni e il baricentro della sezione introduce una flessione secondaria non catturata nel modello FEA globale. Questo deve essere verificato in una progettazione dettagliata del collegamento.

Le condizioni al contorno determinano la realtà
In questo caso, il vincolo N–Vy–Vz riflette meglio il comportamento del giunto. Il vincolo rotazionale e l'azione della diagonale influenzano significativamente la risposta della corda.

Le verifiche degli ancoraggi in calcestruzzo semplice sono conservative
Le ipotesi normative semplificate possono indicare una rottura. La capacità reale dipende dall'interazione con l'armatura e dalla ridistribuzione delle forze nell'elemento in calcestruzzo.

L'armatura chiude il ciclo
Il percorso di carico continua oltre la piastra di base. Solo un modello 3D Detail (CSFM) con armatura e condizioni al contorno realistiche cattura il comportamento composito e previene i modi di rottura fragile.

Verificare sempre la forma deformata
Se la deformazione corrisponde all'intuizione strutturale, il modello riflette probabilmente il comportamento fisico.