Questo articolo è un capitolo selezionato dal libro Component-based finite element design of steel connections di prof. Wald et al. Il capitolo è incentrato sulla verifica delle saldature.
Descrizione
In questo capitolo, il metodo degli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) di una saldatura d'angolo che collega una piastra a una colonna non irrigidita viene verificato con il metodo delle componenti (CM). La piastra in acciaio è collegata a colonne a sezione aperta e a sezione cava e caricata a trazione.
Modello analitico
La saldatura d'angolo è l'unica componente esaminata nello studio. Le saldature sono progettate secondo il Capitolo 4 della EN 1993-1-8:2005 per essere la componente più debole nel giunto. La resistenza di progetto della saldatura d'angolo è descritta nella Sezione 4.1. La forza applicata perpendicolarmente a una piastra flessibile, saldata a una sezione non irrigidita, è limitata. Le tensioni sono concentrate in una larghezza efficace mentre la resistenza della saldatura attorno alle parti non irrigidite è trascurata, come mostrato in Fig. 4.5.1. Per una sezione I o H non irrigidita, la larghezza efficace si ottiene secondo:
beff​=tw​+2s+7ktf​(4.5.1)                                                                   Â
k=tp​⋅fy,p​tf​⋅fy,f​​(4.5.2)                                                       Â
La dimensione s è per una sezione laminata s=r e per una sezione saldata s=2​⋅a . Per una sezione cava o a U, la larghezza efficace deve essere ottenuta da:
beff​ - lunghezza totale efficace delle saldatureÂ
βw​ - fattore di correlazione ricavato dalla Tabella 4.1 della EN 1993-1-8
fu​ - resistenza ultima a trazione nominale della parte più debole collegata
γM2​ - coefficiente parziale di sicurezza per le saldature
       Fig. 4.5.1 Larghezza efficace di un giunto non irrigidito (Fig. 4.8 in EN 1993-1-8:2005)
Modello numerico
La componente saldatura nel CBFEM è descritta nel Background teorico generale e nel Background teorico EN. Il ramo plastico viene raggiunto in una parte della saldatura e i picchi di tensione vengono ridistribuiti lungo la lunghezza della saldatura.
Verifica della resistenza
La resistenza di progetto calcolata con CBFEM viene confrontata con i risultati del CM. Viene confrontata solo la resistenza di progetto della saldatura. Una panoramica degli esempi considerati e del materiale è riportata nella Tab. 4.5.1. La geometria dei giunti con le dimensioni è mostrata in Fig. 4.5.2.
Tab. 4.5.1 Panoramica degli esempi
a) Piastra flessibile su sezione aperta             b) Piastra flessibile su sezione cava
I risultati sono presentati nella Tab. 4.5.2. Lo studio è condotto per due parametri: la larghezza della flangia della sezione HEB e lo spessore dell'anima della sezione cava. La piastra flessibile è caricata a trazione. L'influenza della larghezza della flangia della sezione HEB sulla resistenza di progetto del giunto è mostrata in Fig. 4.5.3. La relazione tra lo spessore dell'anima della sezione cava e la resistenza di progetto del giunto è mostrata in Fig. 4.5.4.
Tab. 4.5.2 Confronto tra CBFEM e CM
I risultati di CBFEM e CM sono confrontati in uno studio di sensibilità . L'influenza della larghezza della flangia della sezione HEB sulla resistenza di progetto del giunto è studiata in Fig. 4.5.3. L'influenza dello spessore dell'anima della sezione cava sulla resistenza di progetto del giunto è presentata in Fig. 4.5.4. Gli studi parametrici mostrano un ottimo accordo dei risultati per tutte le configurazioni di saldatura.
Fig. 4.5.3 Larghezza della flangia della sezione HEB      Fig. 4.5.4 Spessore dell’anima della sezione cava
I risultati dello studio di sensibilità sono riassunti in un diagramma che confronta le resistenze di progetto di CBFEM e CM; vedere Fig. 4.5.5 che illustra l'accuratezza del modello CBFEM.
Fig. 4.5.5 Verifica del CBFEM rispetto al CM
L'influenza dello spessore della piastra sulla resistenza di progetto della saldatura è mostrata in Fig. 4.5.6. La sezione trasversale della colonna è HEB 180 con uno spessore della flangia di 14 mm. Una saldatura che collega una piastra più spessa della flangia della colonna ha la stessa resistenza per CM e CBFEM. D'altra parte, la saldatura che collega la piastra alla flangia della colonna di uguale o minore spessore presenta nei modelli numerici una resistenza di progetto inferiore del 20%. Lo spessore della piastra non viene preso in considerazione nei modelli numerici con elementi shell, il che causa la differenza.
