Collegamenti in Acciaio

Progetto e calcolo di giunzioni bullonate secondo le norme tecniche per le costruzioni, gli Eurocodici e le AISC (American Institute of Steel Construction)

Questo testo costituisce un approfondimento in materia di progettazione delle giunzioni bullonate per le strutture in acciaio. Per una struttura sicura ed economica è fondamentale un corretto approccio alle giunzioni bullonate e nel testo vengono analizzati i motivi della loro importanza, nonché la corretta impostazione nel modello di calcolo, la scelta della tipologia, la relativa progettazione (considerandone gli stati limite) e la loro esecuzione.

L'impostazione non è secondo una specifica normativa ma più di carattere generale, per capirne i concetti fondamentali e la loro applicazione. In generale si seguiranno gli Eurocodici, ma non mancheranno i riferimenti ad altre normative. Tipologia per tipologia, giunto per giunto con esempi dettagliati, si esegue una completa analisi di calcolo secondo i vari stati limite.

Tra le tipologie con esempi di calcolo l'autore mette in evidenza: giunzione bullonata eccentrica nel piano di contatto; giunzione bullonata eccentrica perpendicolare al piano di contatto; piatto di base con tirafondi gettati; ancoranti chimici o meccanici; fin plate; doppio piatto bullonato; end plate flessibile; squadrette su anima; giunzioni travature reticolari; appoggio sopra colonna; end plate rigido; splice: giunto a coprigiunto; giunti controventi; appoggio a sedia; collegamenti per arcarecci; giunzioni saldate tubolari; giunzioni in strutture composte miste acciaio-calcestruzzo; giunti con saldature e bullonatura che lavorano in parallelo; giunti per dilatazioni; cerniere perfette; carrelli; chiodature; giunti sismici.

Con una trattazione pratica più che teorica, si illustrano tutti quei concetti che possono facilitare e rendere più efficace la progettazione delle connessioni nelle strutture in acciaio a tecnici che non la eseguono quotidianamente.

Ricordando che i problemi tipici da considerare sulle strutture in acciaio sono soprattutto stabilità e connessioni, ci si concentra in modo esaustivo su questo secondo fondamentale aspetto delle costruzioni in acciaio, cruciale anche per la competitività economica di realizzazione.

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- Test iniziale (verifica della formazione di base);
- Test finale (verifica dei concetti analizzati).

Requisiti minimi hardware e software
Processore da 1.00 GHz; MS Windows XP/Vista/7/8 (per utenti MS Windows Vista/7/8 sono necessari i privilegi di "amministratore"); 250 MB liberi sull'HDD; 1 GB di RAM; accesso ad internet e browser web per il download del software (supportati Firefox 4, Opera 10, Safari 5, Chrome 12, Internet Explorer 7).

Alfredo Boracchini, è ingegnere in Italia ed in alcuni Stati degli USA. Esperto di strutture metalliche, ha eseguito calcoli e gestito la progettazione in svariati settori. è membro attivo in alcune associazioni internazionali nel campo dell'acciaio ed è a capo di uno studio con uffici in Europa, Asia ed America.

Indice
Introduzione
1. Concetti fondamentali per il progetto della struttura relativamente alle giunzioni
1.1. Cerniere e giunzioni in grado di resistere un momento
1.1.1. Sicurezza, performance, costi
1.1.2. Sistema laterale resistente
1.1.3. Cerniere ed incastri nel modello di calcolo ad elementi finiti
1.2. La cerniera plastica
1.2.1. Piatto di base
1.2.2. Capriate

2. Concetti fondamentali per l'analisi delle giunzioni
2.1. Divisione giunzioni
2.2. Schema di calcolo ed azioni
2.3. Sforzi proporzionali a rigidezza
2.4. Duttilità
2.5. "Load path" ovvero tragitto delle forze
2.6. Ignoranza del tragitto delle forze
2.7. Vincoli ulteriori
2.8. Metodi per definire gli stati limite ultimi nelle giunzioni
2.9. Resistenza dei bulloni
2.10. "Yield line"
2.11. Connessioni eccentriche
2.12. Economia, ripetitività, semplicità
2.13. Ore uomo, peso materiale
2.14. Angoli di diffusione
2.15. Pretensionamento dei bulloni e resistenza
2.15.1. Influenza (o meno) su resistenza
2.15.2. Necessità (o meno) del pretensionamento
2.16. Trasferimento forze
2.17. Comportamento di una giunzione bullonata a taglio
2.18. Comportamento di una giunzione bullonata a trazione

3. Gli stati limite per le parti componenti la giunzione
3.1. Capacità di deformazione (rotazione) e relativa rigidezza
3.1.1. Rigidezza rotazionale
3.2. Deformazione anelastica gioco foro-bullone
3.3. Rottura a taglio bullone
3.3.1. Filettatura all'interno della sezione di taglio
3.3.2. Numero di sezioni resistenti
3.3.3. Spessoramenti o "packing plates"
3.3.4. Giunti lunghi
3.3.5. Tirafondi
3.3.6. Coefficiente di rigidezza
3.4. Rottura a trazione bullone
3.4.1. Bulloni a testa svasata - countersunk bolts
3.4.2. Coefficiente di rigidezza
3.5. Rottura bullone con combinazione di trazione e taglio
3.6. Resistenza bulloni ad attrito
3.6.1. Taglio e trazione combinati
3.7. Rifollamento e taglio lamiera - bolt bearing e bolt tearing
3.7.1. Bulloni a testa svasata
3.7.2. Coefficiente di rigidezza
3.8. Block shear (o block tearing)
3.9. Rottura saldature
3.9.1. Calcolo saldatura
3.9.2. Saldature a tratti
3.9.3. Eccentricità
3.9.4. Gruppi di cordoni
3.10. T-stub, con e senza effetto leva
3.10.1. T-stub con effetto leva
3.10.2. Possibile approccio semplificato
3.10.4. Lunghezza limite per effetto leva e T-stub senza effetto leva
3.10.5. Calcolo T-stub per i vari "componenti" secondo Eurocodice
3.10.6. Calcolo T-stub per i vari "componenti" secondo [37]
3.10.7. T-stub per bulloni esterni all'ala in angolo
3.10.8. Coefficiente di rigidezza
3.11. Punzonamento
3.12. Sistemi equivalenti in parallelo
3.13. Taglio su anima colonna ("web panel shear")
3.13.1. Coefficiente di rigidezza
3.14. Compressione trasversale su anima
3.14.1. Parametro di trasformazione β
3.14.2. Altre formule per instabilità
3.14.3. Coefficiente di rigidezza
3.15. Trazione trasversale su anima colonna
3.15.1. Coefficiente di rigidezza
3.16. Compressione su anima e ala
3.17. Trazione su anima trave
3.18. Resistenza piatti
3.18.1. Proprietà materiali
3.18.2. Trazione
3.18.3. Compressione
3.18.4. Taglio
3.18.5. Flessione
3.18.6. Combinazione sforzi
3.18.7. Sezione Whitmore
3.19. Sezione ridotta profili
3.19.1. Shear lag
3.20. Capacità locale
3.21. Stabilità piatti ed elementi strutturali
3.21.1. Instabilità per compressione
3.22. Integrità strutturale
3.23. Duttilità
3.24. Strappo lamellare piatti
3.25. Altri stati limite in collegamenti con profili sottili a freddo e lamiere
3.26. Fatica
3.27. Stati limite altri materiali collegati

4. Tipologie ed analisi con esempi di calcolo
4.1. Simboli comuni
4.2. Giunzione bullonata eccentrica nel piano di contatto
4.2.1. Metodo elastico
4.2.2. Esempio calcolo eccentricità metodo elastico
4.2.3. Metodo secondo il centro di rotazione istantanea
4.2.4. Esempio calcolo eccentricità con centro di istantanea rotazione
4.3. Giunzione bullonata eccentrica perpendicolare al piano di contatto
4.3.1. Asse neutro nel baricentro
4.3.2. Esempio calcolo eccentricità fuori piano con metodo asse neutro nel baricentro
4.3.3. Asse neutro non nel baricentro
4.3.4. Esempio calcolo eccentricità fuori piano con metodo asse neutro non nel baricentro
4.4. Piatto di base con tirafondi gettati
4.4.1. Spessore piastra
4.4.2. Pressione di contatto
4.4.3. Tirafondi in trazione
4.4.4. Saldature
4.4.5. Resistenza a taglio
4.4.6. Rigidezza rotazionale
4.4.7. Accorgimenti per migliorare la duttilità
4.4.8. Dettagli pratici e altre note
4.4.9. Schematizzazione ad incastro
4.4.10. Esempio calcolo piastra di base secondo Eurocodice
4.5. Ancoranti chimici o meccanici
4.6. Fin plate
4.6.1. Scelte e possibili varianti
4.6.2. Stati limite da considerare
4.6.3. Capacità di rotazione
4.6.4. Accorgimenti per migliorare la duttilità
4.6.5. Accorgimenti per migliorare l'integrità strutturale
4.6.6. Esempio calcolo trave-trave secondo Din
4.7. Doppio piatto bullonato
4.7.1. Capacità di rotazione
4.7.2. Duttilità
4.7.3. Integrità strutturale
4.7.4. Esempio calcolo trave-trave secondo Eurocodice
4.8. "End plate" flessibile
4.8.2. Stati limite da considerare
4.8.3. Rigidezza rotazionale
4.8.4. Duttilità
4.8.6. Esempio calcolo trave-colonna secondo NTC
4.9. Squadrette su anima
4.9.1. Varianti
4.9.2. Stati limite da considerare
4.9.3. Integrità strutturale, duttilità, capacità di rotazione
4.9.4. Consigli pratici
4.9.5. Esempio calcolo trave-trave secondo AISC
4.10. Giunzioni travature reticolari
4.10.1. Abbottonature
4.11. Appoggio sopra colonna
4.11.1. Stati limite da considerare
4.12. "End plate" rigido
4.12.1. Taglio su anima colonna ("web panel shear")
4.12.2. Braccio di trasmissione del momento
4.12.4. Verifiche piatto saldato ad anima
4.12.5. Verifiche irrigidimento colonna in zona compressa
4.12.6. Verifiche irrigidimento colonna in zona tesa
4.12.7. Verifiche irrigidimento diagonale per taglio
4.12.8. Taglio forze verticali
4.12.9. Progetto con haunch
4.12.10. Progetto trave-trave
4.12.11. Disposizioni BS
4.12.12. Approccio AISC
4.12.13. Stati limite da considerare
4.12.14. Rigidezza rotazionale
4.12.15. Suggerimenti per semplificare il calcolo
4.12.16. Consigli pratici
4.12.17. Duttilità, capacità di rotazione ed integrità strutturale
4.12.18. Esempio di calcolo end plate trave-colonna secondo Eurocodice
4.13. "Splice": giunto a coprigiunto
4.13.1. Modello di calcolo e stati limite
4.13.2. Capacità di rotazione, integrità strutturale, duttilità
4.13.3. Esempio di calcolo splice su colonna secondo NTC
4.14. Giunti controventi
4.14.1. Metodi americani: UFM e KISS
4.14.2. Accorgimenti pratici
4.14.3. Esempio connessione controventi ad attrito secondo NTC
4.15. Appoggio a sedia
4.16. Collegamenti per arcarecci
4.17. Giunzioni saldate tubolari
4.18. Giunzioni in strutture composte miste acciaio-calcestruzzo
4.19. Giunti con saldature e bullonatura che lavorano in parallelo
4.20. Giunti per dilatazioni
4.21. Cerniere perfette
4.22. Carrelli
4.23. Chiodature
4.24. Giunti "sismici"
4.24.1. End plate rigido
4.24.2. Controventi

5. Scelta della giunzione
5.1. Priorità a chi produce e monta
5.2. Considerazioni sui pro e contro delle varie giunzioni
5.3. Organizzazione dell'officina
5.3.1. Piatti o lamiere
5.3.2. Concetto di "prendere in mano un pezzo"
5.4. Elementi culturali

6. Accorgimenti e note varie anche pratiche
6.1. Standardizzazioni progettuali
6.1.1. Materiale
6.1.2. Spessori
6.1.3. Diametro bulloni
6.2. Giochi foro-bullone
6.2.1. Gioco foro-bullone per piastra di base
6.3. Montaggio
6.3.1. Labilità struttura
6.3.2. Ordine di montaggio ed ingombri
6.3.3. Spaziature ed interferenze per bulloneria
6.3.4. Appoggi e posizionamenti
6.3.5. Fori o piatti saldati per la movimentazione
6.4. Spazi di manovra chiavi
6.4.1. Giunzioni con squadrette
6.5. Spaziature ed interassi
6.6. Sovrapposizione con raccordo
6.7. Scantonature
6.8. Serraggio e pretensionamento
6.8.1. Chiave dinamometrica
6.8.2. Giro del dado
6.8.3. Indicatori di tensione
6.8.4. Bulloni a controllo di tensione
6.8.5. Tensionatori idraulici
6.9. Rondelle
6.9.1. Rondelle a lato inclinato
6.9.2. Vibrazioni
6.10. Dimensioni viteria, dadi e rondelle
6.10.1. Altezza dado e testa della vite
6.10.2. Larghezza e spessore rondelle
6.11. Riutilizzo bulloni
6.12. Classi di materiale bulloni
6.13. Spessori di aggiustaggio
6.14. Zincatura
6.14.1. Tubolari
6.14.2. Piatti saldati come rinforzo su profili
6.14.3. Piastre di base
6.15. Altri trattamenti successivi alla fabbricazione
6.16. Controfrecce
6.17. Malta nei piatti di base
6.18. Rappresentazione grafica giunzioni e bulloni
6.19. Saldature in opera
6.20. Giunti speciali (inclinati)

7. Esempi di possibili realizzazioni

8. Installazione del software allegato
8.1. Introduzione
8.2. Requisiti minimi hardware e software
8.3. Download del software e richiesta della password di attivazione
8.4. Installazione e attivazione del software