Studio computazionale sulle connessioni resistenti a momento nelle strutture in acciaio formato a freddo

La necessità di strutture economiche e con un ridotto impatto ambientale è fondamentale per lo sviluppo di infrastrutture moderne sostenibili. I sistemi di intelaiatura in profili di acciaio formati a freddo (Cold-Formed Steel, CFS) stanno ottenendo un riconoscimento significativo nell'industria della costruzione in acciaio grazie al vantaggio di essere un materiale strutturale leggero. Ricerche recenti hanno introdotto una connessione innovativa trave-colonna in CFS con una piastra passante, dimostrando risultati promettenti sia in termini di resistenza che di duttilità.

Questo studio indaga le connessioni bullonate resistenti ai momenti in CFS utilizzando un modello di analisi agli elementi finiti validato rispetto ai risultati analitici e sperimentali precedenti. L'obiettivo è quello di progredire nella costruzione in CFS studiando un modello di connessione che impiega una sezione di trave con flange piegate, con l'intento di agevolare il processo costruttivo e colmare il divario tra ricerca e industria.

Curve momento-rotazione e tipologie di rottura sono analizzate per discutere il comportamento ciclico di questa connessione rispetto alle configurazioni convenzionali. I risultati confermano che la connessione con la trave a flange piegate offre prestazioni simili a quelle della connessione con la flangia curva, rendendola un'alternativa praticabile per superare alcune limitazioni.

Numerical and Experimental Investigation of CFS Beam-Column Connections with Folded Flange Beams

One of the most important contributions to the advancement of CFS moment resisting frame systems is an experimental study on an innovative beam-column with through plate connection. The results of this experimental activity reveal that CFS beam-column connections with curved flange beams can meet the standards required for special moment frames. A subsequent numerical study validated against prior experimental work has shown that increasing the number of bends in the beam section flanges acting on the element level enhances both the elastic and inelastic characteristics of the joint.

Although curved flange beams exhibit relatively good seismic performance, their manufacturing is complex, and their connection with the floor system is challenging as well. To address these issues, an alternative folded flange beam has been proposed. This cross section not only can simplify manufacturing and construction but also offers performance similar to the curved flange beam.

The numerical and experimental studies regarding the performance of such connections are limited. Moreover, there is a lack of standards and guidelines for CFS moment connections, meaning their current implementation is not regulated.

This study aims to numerically investigate and evaluate the seismic performance of the CFS beam- column connection with gusset plate taking into account the manufacturing and construction constraints. While earlier research has demonstrated that folded flange beam section is a good alternative to curved flange beam section under monotonic loading, no numerical cyclic tests have been conducted on this matter. Therefore, this study models a folded flange beam with a chamfered gusset plate, incorporating material non-linearity and geometric imperfections, to compare its per- formance with that of curved flange beam connections under cyclic loading conditions.

Numerical Modelling

FE models of CFS bolted beam-to-column with through plate (gusset plate) connection have been developed using FE Software ABAQUS and validated against previous experimental and nu- merical tests. In Fig. 1, a 3D view of the connection model is presented.

The numerical model validation against experimental test has been conducted with regard to the experimental test specimens A1, A2 and A3. The beam cross-section used in these specimens is curved flange beam while the gusset plate is a typical T-shape chamfered plate. 

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L'intera memoria è in lingua inglese.

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