Comportamento flessionale di connessioni tra colonne scatolari cave e travi Ipe passanti

Il presente studio è incentrato sull'analisi del comportamento flessionale di connessioni in acciaio tra colonne a sezione cava quadrata e travi IPE passanti. Tale soluzione è realizzabile grazie alla recente introduzione nell'ingegneria civile della tecnologia di taglio laser 3D, che ha ampliato le configurazioni geometriche di nodi trave-colonna per le strutture in acciaio sismo-resistenti. Con questa tecnologia, è possibile creare intagli nella sezione cava che riproducono, con appropriate tolleranze, le dimensioni delle sezioni trasversali delle travi, permettendo a tali profili di attraversare le colonne e di essere saldati ad esse. Di conseguenza, i nodi trave-colonna risultanti esibiscono migliori proprietà meccaniche in termini di rigidezza e resistenza rispetto alle configurazioni tradizionali con travi IPE saldate esternamente alle colonne.

In particolare, sono stati condotti due test presso il laboratorio STRENGTH dell'Università di Salerno su sotto-assemblaggi trave-colonna sottoposti a storie di spostamento monotone e cicliche. Successivamente, i provini testati sono stati modellati numericamente utilizzando un software agli elementi finiti.

Infine, si è fatto ricorso ad una strategia di modellazione analitica basata sull'uso del metodo delle componenti per descrivere il comportamento meccanico flessionale della tipologia di connessione analizzata, partendo dalla conoscenza della risposta delle singole componenti nodali che compongono la connessione.

Condotti due test presso il laboratorio STRENGTH dell'Università di Salerno su sotto-assemblaggi trave-colonna

Negli ultimi anni, molta attenzione è stata rivolta allo studio di nodi in acciaio costituiti da colonne tubolari e travi passanti, che oggi possono essere realizzati grazie alla Tecnologia di Taglio Laser 3D (TTL-3D). Nello specifico, un esempio che dimostra la crescente rilevanza di questo campo di ricerca è fornito dalle indagini su connessioni tra sezioni circolari cave e profili IPE passanti, studiate nell'ambito del progetto di ricerca LASTEICON e presso l'Università di Salerno. Tale nodo è caratterizzato dal fatto che il profilo tubolare è intagliato in accordo alla forma della sezione trasversale della trave in modo che questa possa attraversare la colonna e poi essere saldata ad essa. Di conseguenza, la soluzione ottenuta è più semplice ed efficace rispetto agli approcci tradizionali che solitamente richiedono l’uso di collari, diaframmi o soluzioni con colonne composte acciaio-calcestruzzo. Inoltre, la TTL-3D riduce la Zona Termicamente Alterata (ZTA) ed incrementa la resistenza e la rigidezza del nodo rispetto alle più diffuse strategie tradizionali caratterizzate da travi saldate alle superfici esterne delle colonne.

Studi su questa innovativa connessione sono stati condotti presso l'Università di Salerno (UNISA), con l'intento di proporre un approccio di modellazione basato sul metodo delle componenti. Tale metodo consente di valutare il comportamento meccanico delle connessioni trave-colonna attraverso la risposta delle loro principali componenti implementate tramite modelli fenomenologici bilineari. Tuttavia, sebbene questa strategia sia inclusa nell'Eurocodice 3 Parte 1.8 con riferimento a nodi saldati e bullonati tra membrature a doppio T, attualmente sono disponibili poche regole per le connessioni con colonne tubolari.

Per contribuire a colmare questa lacuna, un’ulteriore ricerca è stata recentemente avviata presso l'Università di Salerno, focalizzata sullo studio della risposta flessionale di nodi tra profili a sezione cava quadrata e travi IPE passanti (Fig. 1).

A tal riguardo, la presente memoria intende discutere i risultati sperimentali riguardanti l’esecuzione di una campagna di test condotta su sotto-assemblaggi di connessioni trave-colonna tra profili scatolari e travi IPE passanti. Nello specifico sono state condotte due prove nelle quali i provini sono stati sottoposti a delle storie di spostamento monotone e cicliche. In una successiva fase della ricerca si è proceduto alla modellazione in un software agli elementi finiti dei provini testati ed alla validazione di tale modello rispetto ai risultati della campagna sperimentale. Infine, a partire dalla conoscenza del comportamento meccanico delle principali componenti del nodo analizzato si è proceduto all’implementazione di un modello analitico basato sul metodo delle componenti per la valutazione del comportamento flessionale monotono del nodo.

Prove sperimentali

Per analizzare il comportamento flessionale di connessioni tra profili quadrati cavi e travi IPE passanti, sono state condotte due prove sperimentali presso l'Università di Salerno su sotto-assemblaggi di connessioni trave-colonna. Le prove sono state eseguite su due campioni con caratteristiche geo- metriche e meccaniche identiche: colonne di lato 200 mm, spessore 6 mm e lunghezza 2000 mm, e travi IPE240 di lunghezza 2000 mm (Fig. 2).

Tutti gli elementi sono realizzati in acciaio S355 e le connessioni trave-colonna sono state realizzate con saldature a completa penetrazione. Le caratteristiche geometriche e meccaniche sono state definite per provocare un meccanismo di collasso denominato "chord punching failure mode" secondo l'Eurocodice 3 parte 1.8.

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La presente relazione è stata presentata in occasione del XXIX Congresso CTA, svoltosi a Milano il 26 e 27 settembre 2024.