Progetto dei nodi in acciaio: i diversi approcci

20/12/2019

In questo approfondimento cerchiamo di fare chiarezza su quali sono i due principali approcci messi a disposizione del progettista: l’utilizzo di formulazioni documentate in letteratura oppure l’analisi a elementi finiti del nodo. Vediamoli in dettaglio con i relativi vantaggi/svantaggi.

Primo approccio: verifiche formulate in letteratura
Il primo metodo è quello più semplice e si basa sulle verifiche formulate in letteratura.
E’ probabilmente il metodo più diffuso, ma anche quello più semplificato, si basa sull’ipotesi di conservazione delle sezioni piane. La maggior parte dei software commerciali utilizza la formulazione semplificata o mette a disposizione dei fogli di calcolo per il dimensionamento dei collegamenti standard.
Il vantaggio di questa applicazione è legato alla semplicità di calcolo, l’onere computazionale è praticamente nullo ed è relativamente facile ottenere un riscontro manuale del calcolo eseguito.
Lo svantaggio è quello di limitare il raggio di azione a collegamenti “standard” ed un posizionamento limitato dei vari componenti (flange, bulloni, squadrette), oltre alle ipotesi semplificate che stanno alla base del metodo.

PRO_SAP consente di studiare una galleria di collegamenti standard sfruttando questo approccio e fa queste verifiche automatiche:

Sfruttamento % - indica lo stato della peggiore delle verifiche eseguite sul collegamento espresso in punti percentuali . OK se < 100 %
Verifica bulloni: massimo coefficiente relativo alle verifiche a taglio e trazione dei bulloni [4.2.71](comprendenti la trazione [4.2.68], il rifollamento [4.2.67], il punzonamento [4.2.70]e la flessione della flangia). Questa e le seguenti verifiche sono normalizzate ad 1, ovvero OK se < 1
Verifica sezioni ridotte: massimo coefficiente relativo alle verifiche sulle sezioni ridotte dalle forature dei bulloni (Von Mises per i giunti con squadrette, sia sull’elemento che sulle squadrette, verifica a trazione dell’elemento [4.2.5]per i giunti con coprigiunti e per i controventi).
Verifica coprigiunti: massimo coefficiente relativo alle verifiche a flessione[4.2.35 e 4.2.40], taglio[4.2.16] e sforzo normale[4.2.5] dei coprigiunti d’ala e d’anima.
Verifica saldature: massimo coefficiente relativo alle verifiche dei cordoni di saldatura [4.2.84 e 4.2.85].
Verifica zona compressa: massimo coefficiente relativo alle verifiche a flessione della flangia nella zona sottoposta a compressione [4.2.11].
Verifica momento di progetto: massimo coefficiente relativo alla verifica del momento resistente del giunto.
Verifica sovraresistenza: massimo coefficiente relativo alla verifica della sovraresistenza del giunto [7.5.1, 7.5.12 e 7.5.14]
Verifica compressione cls: massimo coefficiente relativo alla verifica della compressione del cls nelle piastre di ancoraggio
Verifica ancoraggio: massimo coefficiente relativo alla verifica del sistema di ancoraggio.

Per ogni nodo è disponibile la relazione di calcolo e il disegno in formato DXF del nodo progettato.

Il secondo approccio: analisi FEM
Il secondo approccio è lo studio del collegamento agli elementi finiti, questo consente di sfruttare solutori dedicati per eseguire analisi lineari e non lineari schematizzando il nodo con una mesh di elementi in 3D.
Si tratta di un metodo più complesso in termini di onere computazionale, ma che fornisce un risultato in termini di tensioni-deformazioni che consente di ampliare la galleria delle applicazioni anche al di là dei nodi più “standard”.
Il vantaggio di questo tipo di studio, infatti, è legato al fatto che non ci sono limiti di modellazione, trattandosi di un calcolo FEM la gamma di unioni/connessioni disponibile diventa praticamente illimitata.
Lo svantaggio è legato agli oneri computazionali che diventano gravosi, lo studio di un singolo nodo può comportare elevati tempi di elaborazione. Inoltre questo metodo diventa difficilmente governabile da parte dell’utente, basti pensare a quanto possa essere complesso avere un riscontro con un calcolo manuale, pertanto bisogna affidarsi a software consolidati o avere una certa “sensibilità” progettuale che consenta di evitare di incorrere in errori macroscopici.

In un’ottica di interoperabilità e in analogia a quanto fatto dai più diffusi software di calcolo strutturale internazionali, in PRO_SAP sono stati implementati i plugin PRO_CSE e PRO_IDEA che consentono di estenderne le funzionalità interfacciandosi in output con i software più diffusi sul mercato per il calcolo delle connessioni in acciaio agli elementi finiti: C.S.E. sviluppato e distribuito da Castalia e IDEA Connection distribuito da Eiseko.

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