Progettare giunti metallici: verifiche rapide dei nodi saldati tra tubolari in acciaio

Avere a disposizione strumenti di verifica di utilizzo pratico è cosa fondamentale per i tecnici.

Nella versione 13.1 di Sismicad, debutta la verifica analitica delle connessioni in acciaio previste dal capitolo 7 dell’Eurocodice EN 1993-1-8 per profili cavi saldati.

 

 

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Tipologie di nodi tubolari saldati (K, T, X, Y)

La norma, prevede una serie di connessioni verificabili in modo analitico tramite l’applicazione di una serie di formule di origine teorica, corredate da una serie di fattori correttivi di origine sperimentale, differenti per ogni tipologia di nodo e, in alcuni casi anche di sollecitazione.

I nodi previsti e verificabili implementati in Sismicad sono:

• Nodo a T

• Nodo K

• Nodo KT

• Nodo N

• Nodo X

• Nodo Y

• Nodo DK

• Nodo DY

• Nodo XX: nodo multi planare costituito da 2 nodi di tipo X su piani diversi

• Nodo KK: nodo multi planare costituito da 2 nodi di tipo K su piani diversi

• Nodo TT: nodo multi planare costituito da 2 nodi di tipo T su piani diversi

 

  

Tutti i nodi sono formati da un corrente continuo e da diagonali, i quali vengono opportunamente sagomati per essere saldati al corrente.

 

Giunti “gap” e “overlap” nei reticolari in acciaio: differenze strutturali e implicazioni sulla resistenza del nodo

I nodi che prevedono più di un elemento diagonale possono essere inoltre classificati come di tipo “gap” o di tipo “overlap”:

  

 

In linea generale, i nodi tipo “overlap” risultano più resistenti rispetto ai rispettivi nodi di tipo “gap”, in quanto, lo scambio delle forze tra un diagonale e l’altro riesce a concretizzarsi passando per la maggior parte tra le saldature di un elemento sull’altro, senza dover passare anche per la sezione del corrente.

 

Workflow di verifica automatica dei nodi tubolari in Sismicad 13.1

Nell’ambiente Sismicad, la verifica risulta essere veloce e completamente automatizzata.

Il tipo di nodo geometrico, e quindi le relative formule da usare presenti negli oltre 20 prospetti della normativa, viene riconosciuto in modo automatico avendo assegnato in input il corrente e gli elementi diagonali concorrenti al nodo da verificare.

I parametri richiesti all’utente sono minimi: la tipologia di saldatura e, solo nei casi di giunti di tipo overlap, è possibile scegliere l’ordine degli elementi da saldare tramite la modifica della proprietà “Livello di taglio”. Geometria, materiali e sollecitazioni derivano ovviamente dal modello in Sismicad.

All’ingresso nell’ambiente di verifica viene comunque proposto dal software un ordine di saldatura che il progettista può modificare, in base alla dimensione e spessori degli elementi da collegare in modo che il nodo risulti, quando possibile, già pronto per la verifica.

 

Cosa si verifica e limiti normativi

In linea generale le connessioni verificabili sono connessioni di tipo reticolare anche se qualche giunto ha la possibilità di prevedere momenti resistenti nel piano e fuori piano nei diagonali.

La resistenza fornita dalle formule di normativa per i diagonali, da confrontare con le relative azioni, sono in generale le resistenze che il corrente riesce a tollerare in base alle sollecitazioni interne a cui è sottoposto e in funzione della geometria del nodo.

In particolare, la resistenza ottenuta è la minima tra i vari casi di collasso del nodo.

  

Esistono un’infinità di tipologie di collasso e un’infinità di geometrie che purtroppo un approccio sperimentale non riesce a coprire.

Data quindi l’origine analitico-sperimentale delle formule per il calcolo delle resistenze, la normativa ha imposto il rispetto di alcuni parametri di tipo geometrico e sulle azioni, per poter ricadere nel campo di validità delle formule fornite.

 

Svantaggi del metodo di calcolo implementato

Lo svantaggio di questo approccio è la limitata casistica a cui questo metodo può essere applicato.

Sono previste dalla norma, infatti limitazioni di tipo geometrico e sulle azioni applicate.

Non è possibile, ad esempio, verificare connessioni con più di 4 diagonali che concorrono nello stesso nodo.

 

Vantaggi del metodo di calcolo implementato

Il principale vantaggio di questo approccio risulta essere la velocità nell’ottenere le verifiche, grazie al calcolo computazionale, e il disegno delle tre viste in formato dxf.

Un altro vantaggio è la semplicità d’uso dato che i parametri richiesti all’utente per la verifica, oltre alle dimensioni degli elementi ed alle azioni, sono il tipo di saldatura, e solo per i nodi di tipo “overlap” il livello di taglio.

Un altro importante vantaggio insito nel metodo sperimentale qui implementato è la capacità di tener conto oltre agli effetti dovuti alla perdita di resistenza, anche agli effetti dovuti alle instabilità e imbozzamenti locali che possono portare al collasso del nodo prima che raggiunga la sua resistenza limite.

   

L’alternativa

L’alternativa è lo studio dei nodi attraverso la costruzione e l’analisi di un modello FEM di dettaglio che richiede software altamente specializzato in grado di gestire geometrie e analisi complesse, quali ad esempio analisi non lineari, di instabilità e gestione della modellazione delle imperfezioni per cogliere gli effetti delle instabilità locali, con tempi e costi elevati e sicuramente di minor semplicità di utilizzo.

Si immagini ad esempio il tempo impiegato per la verifica del nodo sottostante attraverso una via diversa da quella implementata:

   

Il tempo impiegato per la creazione e definizione di un modello FEM geometrico e di calcolo, per il calcolo delle soluzioni delle varie combinazioni e per l’analisi dei risultati, risulta essere in ogni caso di gran lunga superiore rispetto all’approccio analitico implementato.

    

Conclusioni

Sismicad 13.1 studia in modo semplice e veloce oltre a nodi in acciaio tra sezioni di uso corrente anche collegamenti in acciaio tra sezioni cave in accordo all’Eurocodice, nel rispetto delle indicazioni in esso contenute. Un aiuto in più per i tecnici del settore.

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