Descrizione
Viene studiato un giunto T uniplanare di un elemento diagonale a sezione cava rettangolare collegato a un corrente a sezione aperta, situato in una travatura reticolare. L'elemento diagonale RHS è saldato direttamente al corrente H o I, sezioni aperte, senza l'uso di piastre di rinforzo. La previsione mediante il metodo degli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) è verificata con il metodo dei modi di rottura (FM) implementato in EN 1993-1-8:2005.
Modello analitico
Nel giunto T uniplanare di sezioni cave rettangolari saldate a sezioni aperte si verificano tre modi di rottura: lo snervamento locale dell'elemento diagonale, denominato rottura dell'elemento diagonale, la rottura dell'anima del corrente e il taglio del corrente. Tutti questi modi di rottura sono esaminati in questo studio; vedere Fig. 7.4.1. Le saldature sono progettate in modo da non essere il componente più debole del giunto secondo EN 1993-1-8:2005. Gli elementi delle travature reticolari sono sollecitati da forze normali e momenti flettenti. Il punto di applicazione delle forze interne del giunto T è descritto come segue:
Corrente H/I caricato assialmente
Le forze normali nel corrente a destra e a sinistra di un giunto T agiscono nella direzione dell'asse longitudinale del corrente.
Corrente H/I caricato per diffrazione
Nel corrente vengono considerati i momenti flettenti a destra e a sinistra di un giunto T nel piano del giunto T, e questi momenti flettenti ruotano attorno a uno degli assi nel piano della sezione trasversale del corrente per la rotazione nel piano del giunto T.
Elemento diagonale RHS caricato assialmente
La forza normale nell'elemento diagonale di un giunto T agisce nella direzione dell'asse longitudinale dell'elemento diagonale.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.1 Principali modi di rottura a) rottura dell'anima del corrente, b) taglio del corrente (in caso di gap), c) rottura dell'elemento diagonale}}}\]
La resistenza dell'anima del corrente è determinata utilizzando il metodo indicato nella sezione 7.6 della EN 1993-1-8:2005, descritto in (Wardenier et al., 2010). Le tensioni provenienti dall'elemento diagonale sono trasferite attraverso la flangia del corrente a un'area efficace dell'anima del corrente. Quest'area è situata nell'anima del corrente nel punto in cui le pareti dell'elemento diagonale attraversano l'anima del corrente. La resistenza assiale di progetto del giunto è il minimo delle resistenze di progetto:
Rottura dell'anima del corrente
\[N_{\mathrm{i,Rd}} = \frac{f_{\mathrm{y0}} \cdot t_{\mathrm{w}} \cdot b_{\mathrm{w}}}{\sin(\theta_{\mathrm{i}}) \cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Taglio del corrente
\[N_{i,\mathrm{Rd}}=\frac{f_\mathrm{y0}\,A_\mathrm{v}}{\sqrt{3}\,\sin\theta_\mathrm{i}\cdot \gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Rottura dell'elemento diagonale
\[N_{i,\mathrm{Rd}}=2\,f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,p_{\mathrm{eff}}/\gamma_{\mathrm{M5}}\]
dove
\[p_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}\]
e \(A_\mathrm{v}\) è l'area di taglio efficace.
La resistenza flessionale di progetto del giunto è il minimo delle resistenze di progetto:
Rottura dell'anima del corrente
\[M_{\mathrm{ip,Rd}} = \frac{0.5 \, f_{\mathrm{y0}} \, t_{\mathrm{w}} \, b_{\mathrm{w}} \, h_1}{\gamma_{\mathrm{M5}}}\]
Rottura dell'elemento diagonale
\[M_{\mathrm{ip,Rd}}=f_\mathrm{y1}\,t_\mathrm{1}\,b_{\mathrm{eff}}\,(h_\mathrm{1}-t_\mathrm{1})/\gamma_{\mathrm{M5}}\]
dove
\[b_{\mathrm{w}} = \frac{h_1}{\sin \theta_{\mathrm{i}}} + 5 \cdot t_{\mathrm{f,0}} + r \;\leq\; 2 \, t_{\mathrm{i}} + 10 \cdot (t_{\mathrm{f,0}} + r)\]
\[b_{\mathrm{eff}}=t_\mathrm{w}+2r+7\,t_\mathrm{f}\,\frac{f_\mathrm{y0}}{f_\mathrm{y1}}\]
Una panoramica degli esempi considerati caricati da forza assiale è descritta nella Tab. 7.4.1. Una panoramica degli esempi considerati caricati da momento flettente è descritta nella Tab. 7.4.2. La geometria di un giunto con le dimensioni è mostrata nella Fig. 7.4.2.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.2 Geometria del giunto con dimensioni}}}\]
Tab. 7.4.1 Esempi di giunti caricati da forza assiale
Tab. 7.4.2 Esempi di giunti caricati da momento nel piano
Verifica della resistenza
Lo studio è stato incentrato sul confronto dei modelli di rottura e sulla previsione della resistenza di progetto. I risultati sono presentati nelle Tab. 7.4.3 e 7.4.4.
Tab. 7.4.3 Confronto tra CBFEM e FM per la forza assiale nell'elemento diagonale
Tab. 7.4.4 Confronto tra CBFEM e FM per il momento nel piano nell'elemento diagonale
Lo studio di sensibilità mostra un buon accordo per tutti i casi di carico applicati. Nel metodo CBFEM, l'arrotondamento della parete della sezione trasversale aperta è semplificato, il che fornisce una stima conservativa della tensione nell'elemento diagonale collegato e l'ipotesi di capacità portante fino al 15%. Per illustrare l'accuratezza del modello CBFEM, i risultati degli studi parametrici sono riassunti in un diagramma che confronta le resistenze di progetto ottenute con CBFEM e FM; vedere Fig. 7.4.3.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.4.3 Verifica del CBFEM rispetto al FM per la forza assiale e il momento flettente nell'elemento diagonale}}}\]
Campo di validità
Il campo di validità, per il quale il CBFEM è verificato per i giunti T tra sezione cava rettangolare e sezione aperta, è definito nella Tabella 7.20 della EN 1993-1-8:2005, vedere Tab. 7.4.5. In caso di applicazione del modello CBFEM al di fuori del campo di validità del FM, è necessario predisporre la validazione con esperimenti o la verifica rispetto a un modello di ricerca validato per approvare la qualità della previsione.
Tab. 7.4.5 Campo di validità dei giunti T
Esempio di benchmark
Dati di input
Corrente
• Acciaio S235
• IPN280
Elemento diagonale
• Acciaio S235
• RHS 140×80×10
Dimensione della rete
• 16 elementi sulla parete più grande dell'elemento cavo rettangolare
Risultati
• Resistenza di progetto a compressione/trazione Fc,Rd = 457 kN (Si noti che la resistenza è stata calcolata utilizzando la funzione "Stop at limit strain". Di conseguenza, la resistenza CBFEM effettiva potrebbe essere marginalmente superiore.)
• Il modo di collasso è la plastificazione del corrente
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.4.4 Esempio di benchmark per corrente IPE270 ed elemento diagonale RHS 140×80×10}}}\]