Rapporto CTICM: Comprendere le Differenze nei Risultati dei Collegamenti

Metodo delle Componenti

Nel tradizionale Metodo delle Componenti, un giunto in acciaio viene scomposto in singoli componenti meccanici, ciascuno rappresentante uno specifico modo di deformazione (ad es. bullone in trazione, flessione della piastra d'estremità, flessione dell'ala del pilastro, anima del pilastro in trazione o compressione).

A ciascun componente viene assegnata una rigidezza analitica in forma chiusa e una semplice relazione forza–deformazione. Il comportamento globale del giunto viene quindi ottenuto assemblando questi componenti.

Metodo degli Elementi Finiti basato sulle Componenti

CBFEM (Metodo degli Elementi Finiti basato sulle Componenti) combina la precisione dell'analisi agli elementi finiti con la chiarezza e la filosofia normativa del Metodo delle Componenti.
L'idea è semplice:

• Piastre e saldature → modellate come elementi finiti a guscio
• Bulloni, ancoraggi e simili elementi di fissaggio → mantenuti come componenti secondo il Metodo delle Componenti

Valutazione indipendente del CTICM

Il CTICM, l'istituto tecnico francese per le costruzioni in acciaio, ha effettuato la verifica di IDEA StatiCa confrontando i risultati CBFEM con il Metodo delle Componenti dell'Eurocode applicato nel software Platinex, sviluppato dal CTICM. Il loro studio ha esaminato diversi collegamenti in acciaio tipici, concentrandosi sulla resistenza del giunto, sulle forze nei bulloni e sul comportamento strutturale complessivo. Valutando tutti gli approcci in parallelo, il CTICM ha potuto identificare l'origine delle differenze e confermare l'affidabilità e la coerenza dei risultati di IDEA StatiCa.

Collegamento bullonato piastra su piastra

Per il collegamento trave-trave soggetto a trazione, le file di bulloni superiore e inferiore mostrano forze quasi identiche in entrambi gli approcci, con differenze inferiori all'1%. 

La fila centrale, tuttavia, differisce di circa il 2–5%. In IDEA StatiCa, le forze nei bulloni non sono distribuite uniformemente perché si sviluppano deformazioni plastiche nelle zone della piastra attorno ai bulloni, il che riduce leggermente la forza trasferita attraverso la fila centrale.

Confrontando i collegamenti soggetti a momento, la resistenza della fila di bulloni più lontana dalla zona compressa (il lato in trazione) è molto simile in entrambi i metodi, ed entrambi prevedono lo stesso tipo di rottura nel bullone in trazione. Le differenze compaiono nelle restanti file di bulloni, dove le forze si ridistribuiscono in modo diverso. 

Questo comportamento è spiegato dalla distinzione tra un modello 3D non lineare in IDEA StatiCa e l'approccio 2D idealizzato utilizzato nel Metodo delle Componenti. Il modello CBFEM cattura la deformazione realistica della piastra e la distribuzione delle tensioni nel giunto, il che porta naturalmente a una diversa distribuzione delle forze tra le file di bulloni.

Squadretta bullonata alla piastra di nodo

Per il collegamento squadretta-piastra di nodo in trazione, entrambi i metodi prevedono una resistenza quasi identica e lo stesso meccanismo di rottura. IDEA StatiCa individua una deformazione plastica nell'ala della squadretta che supera il limite di deformazione del 5%, mentre il Metodo delle Componenti indica la rottura nella squadretta. La resistenza calcolata da IDEA StatiCa è leggermente inferiore (6%).

Collegamento a taglio con squadretta bullonata

Per la maggior parte dei casi di collegamento a taglio, i risultati di IDEA StatiCa e del Metodo delle Componenti sono molto vicini, tipicamente entro il 3%. L'unica eccezione degna di nota è la configurazione 3, in cui una trave è collegata all'anima di un pilastro continuo. In questa situazione, IDEA StatiCa prevede una resistenza leggermente superiore rispetto al metodo Eurocode.

Un aspetto fondamentale dei collegamenti a taglio in IDEA StatiCa è la comparsa di forze di trazione inattese. Sebbene venga applicato solo il taglio, il giunto si deforma in modo da introdurre una piccola rotazione flessionale, come visibile nel modello della forma deformata. Questa deformazione modifica l'equilibrio delle forze interne e genera trazione in alcuni bulloni, poiché i bulloni sono definiti come molle non lineari attive in trazione e taglio.

È inoltre importante notare che le forze previste sono sensibili alla definizione della posizione del momento flettente nullo. Piccole differenze in questo punto di riferimento possono portare a variazioni apprezzabili nelle forze risultanti nei bulloni.

Conclusione

La verifica del CTICM ha confermato che i risultati di IDEA StatiCa sono costantemente vicini ai calcoli di Platinex, con scostamenti tipicamente entro ±15%. Nella maggior parte dei casi, IDEA StatiCa fornisce risultati leggermente più conservativi, il che è vantaggioso dal punto di vista della sicurezza. Le differenze residue sono pienamente spiegate dal contrasto tra la modellazione agli elementi finiti 3D non lineare di IDEA StatiCa e le semplificazioni analitiche utilizzate nel Metodo delle Componenti dell'Eurocode. Nel complesso, la valutazione ha dimostrato che IDEA StatiCa si allinea bene con la pratica ingegneristica francese e fornisce valutazioni strutturali affidabili e trasparenti.