Introduzione

La progettazione dei collegamenti in acciaio strutturale richiede la valutazione di numerosi stati limite, la considerazione di molti effetti comportamentali e il rispetto di numerosi requisiti. La specifica AISC, il Manuale AISC e altri riferimenti descrivono i metodi di progettazione utilizzati nella pratica statunitense. Attualmente, i metodi più diffusi si basano prevalentemente su calcoli eseguibili manualmente. Tuttavia, i progressi nell'hardware e nel software informatico consentono un diverso tipo di progettazione basato sull'analisi strutturale non lineare. 

L'uso dell'analisi non lineare nella progettazione può essere vantaggioso per collegamenti complessi o particolari, dove le ipotesi dei calcoli tradizionali non sono verificate. Tuttavia, si applicano gli stessi stati limite, considerazioni di progetto e requisiti di progetto. Una buona progettazione dei collegamenti deriva da ingegneri che conoscono questi criteri di progetto e come i loro strumenti li gestiscono. 

Questo documento intende essere un elenco dettagliato, ma non esaustivo, degli stati limite, delle considerazioni di progetto e dei requisiti di progetto rilevanti per la progettazione dell'acciaio strutturale, nonché una descrizione di come vengono considerati nei calcoli tradizionali e in IDEA StatiCa mediante il metodo degli elementi finiti basato sui componenti. 

Questo documento è in continuo aggiornamento poiché le attività di verifica e indagine sono ancora in corso. 

Il contenuto di questo articolo fa riferimento alla specifica AISC 2022 e al Manuale AISC 16^a Edizione. 

Stati limite

Rottura della saldatura

La specifica AISC include disposizioni per saldature a piena penetrazione, saldature a cordone d'angolo e saldature a tappo e a intaglio. Di questi tipi, le saldature a piena penetrazione (CJP) e le saldature a cordone d'angolo sono gli unici tipi attualmente definibili in IDEA StatiCa.

Le saldature a piena penetrazione (CJP) e le saldature di testa in IDEA StatiCa sono modellate collegando direttamente i componenti tramite vincoli multipunto. I vincoli multipunto non introducono flessibilità. Inoltre, la resistenza di queste saldature non viene verificata poiché la resistenza delle saldature CJP è controllata dal metallo base.

Le saldature a cordone d'angolo sono anch'esse modellate mediante vincoli multipunto e un elemento shell di saldatura equivalente che approssima il comportamento elastoplastico della saldatura. Le forze in questi elementi shell vengono estratte e utilizzate come resistenze richieste per il confronto con le resistenze disponibili calcolate secondo la specifica AISC.

La resistenza disponibile delle saldature è definita nella Sezione J2.4 della specifica AISC. Per le saldature a cordone d'angolo, la resistenza nominale è il prodotto della tensione nominale del metallo di apporto, F_nw, dell'area efficace della saldatura, A_we, e di un fattore di incremento della resistenza direzionale, k_ds. La Tabella J2.5 della specifica AISC impone F_nw = 0,6F_EXX e rimanda alla Sezione J2.2a della specifica AISC per la definizione di A_we. Per ciascun segmento di saldatura, A_we è assunta pari allo spessore di gola moltiplicato per la lunghezza del segmento di saldatura. Le riduzioni alla lunghezza efficace per saldature lunghe previste dalla Sezione J2.2b della specifica AISC non vengono applicate; tuttavia, gli effetti delle saldature lunghe sono catturati esplicitamente come descritto nella voce relativa alla Compatibilità delle deformazioni nei collegamenti lunghi.

Il fattore di incremento della resistenza direzionale è definito nella Sezione J2.4 della specifica AISC. Quando si considera la compatibilità delle deformazioni dei vari elementi di saldatura (come avviene in IDEA StatiCa poiché la rigidezza delle saldature e degli elementi di collegamento è modellata esplicitamente), k_ds è funzione dell'angolo tra la direzione della forza richiesta e l'asse longitudinale della saldatura. IDEA StatiCa determina la direzione della forza dalle forze interne nell'elemento shell di saldatura equivalente e calcola k_ds e la resistenza nominale per ciascun segmento di saldatura.

Per illustrare l'effetto dell'incremento di resistenza direzionale, si considerino i provini saldati testati sperimentalmente da Miazga e Kennedy (1989). I provini avevano angoli di carico di 0, 15, 30, 45, 60, 75 e 90 gradi come mostrato nella figura seguente, dove le unità sono millimetri. Le piastre erano realizzate in acciaio CAN3-G40.21-M8 grado 300W. Le piastre esterne avevano una tensione di snervamento misurata di 52,8 ksi. Le piastre interne avevano una tensione di snervamento misurata di 50,2 ksi. Sono stati utilizzati elettrodi E48014 con una resistenza nominale di F_EXX = 70 ksi.

I carichi applicati massimi ammissibili sono stati determinati per ciascun provino in IDEA StatiCa utilizzando modelli con proprietà del materiale delle piastre misurate, proprietà nominali del metallo d'apporto e includendo i fattori di resistenza. I carichi applicati massimi ammissibili sono stati normalizzati rispetto alla lunghezza totale della saldatura nel collegamento e sono mostrati nella figura seguente. Sono inoltre riportate la resistenza di progetto secondo la specifica AISC (incluso il fattore di incremento della resistenza direzionale e il fattore di resistenza) e la resistenza sperimentale.

L'angolo di carico misurato dall'asse longitudinale della saldatura per ciascun provino, come fornito da IDEA StatiCa nei risultati della saldatura, è riportato nella tabella seguente.

Le resistenze di IDEA StatiCa e della specifica AISC sono entrambe molto inferiori alle resistenze sperimentali. Vi sono diverse ragioni per cui le resistenze sperimentali sono più elevate: non includono i fattori di resistenza, la resistenza effettiva del metallo d'apporto è probabilmente superiore alla resistenza nominale e l'area di rottura effettiva della saldatura è probabilmente maggiore di quella assunta nei calcoli di progetto.

Le resistenze ottenute da IDEA StatiCa sono leggermente inferiori a quelle secondo la specifica AISC, ma entrambe mostrano un incremento con l'angolo di carico. Inoltre, l'angolo geometrico del provino differisce dall'angolo di carico misurato dall'asse longitudinale della saldatura come fornito da IDEA StatiCa. Queste differenze si verificano perché le saldature sono suddivise in segmenti brevi quando modellate in IDEA StatiCa. A differenza dei calcoli tradizionali in cui le sollecitazioni lungo la lunghezza della saldatura sono assunte uniformi, i segmenti di saldatura subiscono sollecitazioni diverse in funzione della rigidezza della saldatura e degli elementi di collegamento. L'angolo fornito da IDEA StatiCa si riferisce al segmento di saldatura con il maggiore rapporto di sfruttamento. Spesso si tratta di un segmento all'estremità di una saldatura. Per questi provini, l'effetto complessivo delle sollecitazioni non uniformi è una leggera riduzione della resistenza.

Un caso particolare si applica alle saldature a cordone d'angolo alle estremità di profili HSS rettangolari caricati a trazione, dove k_ds = 1,0. In IDEA StatiCa, il fattore di incremento della resistenza direzionale non viene utilizzato per le saldature a cordone d'angolo alle estremità di profili HSS rettangolari, indipendentemente dal carico.

La Sezione J2.4 della specifica AISC definisce anche la resistenza del metallo base. Per le saldature a cordone d'angolo, la Tabella J2.5 della specifica AISC rimanda alla Sezione J4 della specifica AISC per le verifiche del metallo base. Le verifiche della resistenza del metallo base sono descritte in maggiore dettaglio nella voce relativa alla Resistenza del metallo base della saldatura.

Resistenza del metallo base della saldatura

Nei collegamenti saldati, la resistenza degli elementi di collegamento adiacenti alla saldatura è denominata resistenza del metallo base. In molti casi, è possibile identificare potenziali stati limite e calcolare la resistenza disponibile del metallo base utilizzando le disposizioni della Sezione J4 della specifica AISC. La valutazione di questi stati limite in IDEA StatiCa è descritta nelle voci relative ai singoli stati limite, tra cui Snervamento a trazione, Rottura a trazione, Snervamento e rottura a taglio e Rottura per taglio a blocco.

Tuttavia, in alcuni collegamenti, i potenziali stati limite adiacenti alla saldatura sono difficili da identificare e la resistenza disponibile del metallo base non può essere calcolata direttamente a mano. Per questi casi, il Manuale AISC fornisce le Equazioni 9-6 e 9-7 per lo spessore minimo del metallo base che corrisponde alla saldatura con alcune ipotesi. Questa equazione non viene valutata in IDEA StatiCa poiché i potenziali stati limite del metallo base non devono essere identificati a priori e la resistenza viene valutata con il limite del 5% di deformazione plastica. Tuttavia, gli ingegneri possono comunque utilizzare il limite per dimensionare le saldature e gli elementi di collegamento.

IDEA StatiCa fornisce un'opzione per verificare la capacità del metallo base alla faccia di fusione. Questa verifica può essere abilitata nella finestra "Impostazioni normativa". Questa verifica non è comunemente eseguita nella pratica statunitense ed è generalmente non necessaria quando il metallo d'apporto è adeguatamente abbinato al metallo base. Il commento alla Sezione J2.4 della specifica AISC afferma che le prove hanno dimostrato che la tensione sull'area di fusione non è determinante nel definire la resistenza a taglio delle saldature a cordone d'angolo.

Rottura a taglio e a trazione dei bulloni

La resistenza disponibile dei bulloni soggetti a trazione o taglio è definita nella Sezione J3.7 della specifica AISC. La resistenza disponibile dei bulloni soggetti a trazione e taglio combinati è definita nella Sezione J3.8 della specifica AISC. IDEA StatiCa utilizza direttamente queste disposizioni per calcolare le resistenze disponibili, confrontate con le resistenze richieste determinate dall'analisi non lineare. Come specificato, la resistenza a trazione richiesta determinata dall'analisi non lineare include la trazione derivante dalla forza di leva.

Una nota a piè di pagina nella Tabella J3.2 della specifica AISC richiede che la tensione di taglio nominale, F_nv, dei bulloni A307 venga ridotta quando la lunghezza di presa di un bullone è superiore a cinque volte il suo diametro. Questa riduzione non è implementata in IDEA StatiCa. Pertanto, la tensione di taglio nominale dei bulloni A307 lunghi deve essere regolata manualmente nella scheda dei materiali.

Rifollamento e strappo nei fori dei bulloni

La resistenza dei bulloni a taglio può essere limitata dal rifollamento o dallo strappo nei fori dei bulloni. È talvolta prassi comune valutare il rifollamento e lo strappo separatamente dalla rottura a taglio del bullone. Tuttavia, i gruppi di bulloni possono collassare con alcuni bulloni che si rompono e altri che si strappano. Una nota utente nella Sezione J3.7 della specifica AISC afferma: "La resistenza efficace di un singolo elemento di fissaggio può essere assunta come il minore tra la resistenza a taglio dell'elemento di fissaggio secondo la Sezione J3.7 e la resistenza al rifollamento o allo strappo nel foro del bullone secondo la Sezione J3.11. La resistenza del gruppo di bulloni è assunta come la somma delle resistenze efficaci dei singoli elementi di fissaggio."

IDEA StatiCa valuta la resistenza di ciascun bullone singolarmente, con le resistenze richieste determinate dall'analisi non lineare e le resistenze disponibili calcolate utilizzando le disposizioni della specifica AISC. Questa valutazione è conforme alla nota utente nella Sezione J3.7 della specifica AISC. Tuttavia, IDEA StatiCa non somma semplicemente le resistenze efficaci dei singoli elementi di fissaggio. L'approccio adottato da IDEA StatiCa può portare a una sottostima conservativa della resistenza.

Si consideri il collegamento a tre bulloni mostrato di seguito. Il collegamento è corto e la rigidezza dei tre bulloni è uguale poiché la risposta carico-deformazione dei bulloni in IDEA StatiCa non dipende dalla distanza dal bordo, pertanto il carico applicato è ripartito approssimativamente in modo uguale tra i bulloni. La resistenza del bullone con distanza dal bordo di 1 in. è controllata dallo strappo. IDEA StatiCa indica il collasso quando il primo bullone raggiunge il 100% di sfruttamento. Poiché il bullone con distanza dal bordo di 1 in. ha la resistenza disponibile più bassa (ϕr_n = ϕ1,2dtF_u = 17,4 kips), raggiunge per primo il 100% di sfruttamento. Gli altri bulloni sono più resistenti (ϕr_n = 35,8 kips, Tabella AISC Manual 7-1) ma non raggiungono il 100% di sfruttamento, risultando in una resistenza del collegamento di 52,5 kips. Con i calcoli tradizionali, si assume che ciascun bullone raggiunga la propria resistenza efficace, risultando in una resistenza del collegamento di 89,0 kips, superiore del 70% rispetto alla resistenza ottenuta da IDEA StatiCa.

Collegamento bullonato a tre bulloni

Collegamento bullonato a tre bulloni con 57,5 kips di carico applicato

Nella Sezione J3.11a della specifica AISC sono fornite due serie di equazioni: una quando la deformazione nel foro del bullone al carico di esercizio è una considerazione di progetto e una quando non lo è. La scelta se la deformazione nel foro del bullone al carico di esercizio sia una considerazione di progetto può essere effettuata nella finestra "Impostazioni normativa".

Nella Sezione J3.11a della specifica AISC sono fornite anche equazioni diverse per fori a sede allungata quando la sede è perpendicolare alla direzione della forza. I fori a sede allungata possono essere definiti in IDEA StatiCa utilizzando l'editor delle piastre. Le equazioni di rifollamento e strappo della specifica AISC per i fori a sede allungata vengono utilizzate per tutti i fori a sede allungata in IDEA StatiCa, indipendentemente dalla lunghezza della sede.

La Sezione J3.11b della specifica AISC richiede l'uso delle disposizioni sul rifollamento della Sezione J7 per bulloni o barre che passano completamente attraverso un elemento scatolare non irrigidito o una sezione cava strutturale (HSS). Questa disposizione non è implementata in IDEA StatiCa e il rifollamento viene valutato in tali collegamenti come se fossero normali collegamenti bullonati con tutti gli strati a contatto diretto. Nel report viene fornito un avviso se la lunghezza di presa del bullone è maggiore della somma degli spessori delle piastre collegate. 

Nella valutazione dello strappo, IDEA StatiCa determina la distanza netta, nella direzione della forza, tra il bordo del foro e il bordo del foro adiacente o il bordo del materiale, l_c, utilizzando la direzione della forza per ciascun bullone dall'analisi non lineare. Questa funzionalità è particolarmente utile per i gruppi di bulloni caricati eccentricamente dove la direzione della forza varia da bullone a bullone. Lo stato limite di strappo è stato indagato per i collegamenti a piastra di mensola in questo articolo e per i collegamenti a piastra d'anima singola in questo articolo.

Rifollamento (snervamento locale a compressione)

La Sezione J7 della specifica AISC definisce la resistenza disponibile per lo stato limite di rifollamento (snervamento locale a compressione). Queste disposizioni si applicano a casi specifici di contatto tra componenti in acciaio ma non sono implementate in IDEA StatiCa.

Per le superfici finite e le estremità degli irrigidimenti di appoggio adattati, sebbene la pressione di contatto non venga verificata rispetto al limite prescritto nella specifica AISC, le tensioni nei contatti possono essere rappresentate graficamente e lo snervamento dei componenti in acciaio fornisce spesso un limite più restrittivo poiché la pressione di appoggio ammissibile supera la tensione di snervamento.

IDEA StatiCa valuta la resistenza al rifollamento di bulloni o barre che passano completamente attraverso un elemento scatolare o HSS non irrigidito come se fossero normali collegamenti bullonati con tutti gli strati a contatto diretto e non utilizzando le disposizioni della Sezione J7 della specifica AISC. Nel report viene fornito un avviso se la lunghezza di presa del bullone è maggiore della somma degli spessori delle piastre collegate. Si veda anche Rifollamento e strappo nei fori dei bulloni.

I rulli e i bilancieri di espansione non possono essere modellati in IDEA StatiCa. I perni sono stati introdotti in IDEA StatiCa nella versione 24.0 e sono attualmente disponibili solo per la progettazione secondo l'Eurocode.

Scorrimento

I collegamenti devono essere progettati come a scorrimento controllato quando sono soggetti a carichi di fatica con inversione della direzione del carico, quando utilizzano fori sovradimensionati, quando lo scorrimento alle superfici di contatto sarebbe dannoso per le prestazioni della struttura e per altri motivi. La resistenza disponibile per lo stato limite di scorrimento è definita nella Sezione J3.9 della specifica AISC con disposizioni aggiuntive nella Sezione J3.10 per la combinazione di trazione e taglio nei collegamenti a scorrimento controllato. IDEA StatiCa utilizza direttamente queste disposizioni per calcolare le resistenze disponibili, confrontate con le resistenze richieste determinate dall'analisi non lineare.

Il coefficiente di scorrimento, μ, è definito nelle impostazioni normativa. Il fattore per le piastre di riempimento, h_f, viene determinato automaticamente.

Possono verificarsi differenze tra IDEA StatiCa e i calcoli manuali a causa del fattore di riduzione per la trazione, k_sc, definito nella Sezione J3.10 della specifica AISC. IDEA StatiCa utilizza la trazione nel bullone dall'analisi non lineare per calcolare k_sc, anche se la trazione nel bullone non è stata causata da una trazione applicata che riduce la forza di serraggio netta. Ad esempio, in un collegamento a momento con piastra d'estremità estesa con collegamento a scorrimento controllato tra la piastra d'estremità e l'ala del pilastro (come mostrato di seguito), il momento nell'elemento genera trazione nei bulloni in IDEA StatiCa. Fisicamente, qualsiasi perdita di forza di serraggio vicino ai bulloni sul lato in trazione dell'elemento dovuta al momento sarà compensata da un aumento della forza di serraggio vicino ai bulloni sul lato in compressione dell'elemento. Nei calcoli manuali, il fattore k_sc non verrebbe utilizzato per questo collegamento (a meno che l'elemento non abbia una forza di trazione netta). Ma poiché IDEA StatiCa valuta i bulloni singolarmente, k_sc viene applicato in modo conservativo ai bulloni sul lato in trazione dell'elemento, riducendo la resistenza complessiva allo scorrimento del collegamento. La trazione accidentale in un collegamento prevalentemente caricato a taglio e la trazione derivante dalla forza di leva sono anch'esse incluse in modo conservativo nel calcolo di k_sc in IDEA StatiCa. 

La Sezione J3.9 della specifica AISC richiede che i collegamenti a scorrimento controllato siano progettati per gli stati limite dei collegamenti a rifollamento in aggiunta allo scorrimento. IDEA StatiCa non verifica la rottura del bullone, il rifollamento o lo strappo per i bulloni designati a trasferire la forza per attrito. Inoltre, i collegamenti a scorrimento controllato sono modellati in modo diverso rispetto ai collegamenti a rifollamento in IDEA StatiCa. Nei collegamenti a scorrimento controllato, le forze vengono trasferite da una piastra all'altra su un'area più ampia, più rappresentativa del trasferimento di forza per attrito. La maggiore distribuzione delle forze di trasferimento può portare a una maggiore resistenza degli elementi di collegamento per stati limite come la rottura per taglio a blocco. Per la maggior parte dei collegamenti, la resistenza allo scorrimento è inferiore alla resistenza per gli stati limite dei collegamenti a rifollamento. Tuttavia, gli ingegneri devono essere consapevoli di queste limitazioni e affrontarle nella progettazione. Si raccomanda che i collegamenti a scorrimento controllato vengano analizzati due volte in IDEA StatiCa: una volta come collegamento a scorrimento controllato (ovvero con il tipo di trasferimento della forza di taglio impostato su "Attrito") e nuovamente come collegamento a rifollamento (ovvero con il tipo di trasferimento della forza di taglio impostato su "Rifollamento – interazione trazione/taglio") per garantire che tutti gli stati limite vengano valutati in modo appropriato.

Snervamento a trazione

Lo snervamento a trazione è tra gli stati limite più fondamentali nella progettazione dell'acciaio strutturale. La resistenza nominale per lo snervamento a trazione è definita nella Sezione D2 della specifica AISC (2022) per gli elementi tesi e nella Sezione J4.1 per gli elementi di collegamento come la tensione di snervamento minima specificata, F_y, moltiplicata per l'area lorda, A_g. Nonostante la semplicità di questa equazione, essa non viene utilizzata per valutare la resistenza in IDEA StatiCa. Gli elementi strutturali e gli elementi di collegamento sono modellati in IDEA StatiCa con elementi shell a cui viene assegnata una relazione tensione-deformazione non lineare composta da una regione elastica lineare e una regione plastica lineare. Gli elementi shell possono essere soggetti a tensioni lungo più assi e le relazioni tensione-deformazione tengono conto di ciò. Se soggetti a tensione uniassiale, la rigidezza nella zona elastica è il modulo di elasticità, E, la rigidezza nella zona plastica è un millesimo del modulo di elasticità, E/1000, e la transizione tra elastico e plastico avviene a una tensione di F_y moltiplicata per un fattore di resistenza di 0,9 per LRFD o divisa per un fattore di sicurezza di 1,67 per ASD.

Invece di limitare la resistenza richiesta a non più della resistenza disponibile (ad es., R_u ≤ ϕR_n), IDEA StatiCa limita la deformazione plastica al 5%. Sebbene si tratti di una valutazione fondamentalmente diversa, le resistenze risultanti per lo snervamento a trazione della sezione lorda di un elemento o componente ottenute con i due approcci non differiranno mai in modo significativo. Possono verificarsi differenze minori per due motivi: 1) il leggero incremento di tensione dopo lo snervamento in IDEA StatiCa e 2) piccole differenze nell'area della sezione trasversale.

In IDEA StatiCa viene utilizzata una piccola rigidezza post-snervamento (un millesimo della rigidezza elastica) per evitare le difficoltà computazionali che si verificherebbero con rigidezza post-snervamento nulla. Al limite del 5% di deformazione plastica, ciò comporta circa 0,05×E/1000 = 0,05×(29.000 ksi)/1000 = 1,45 ksi di tensione superiore alla tensione di snervamento. Per l'acciaio ASTM A992 con F_y di 50 ksi e utilizzando LRFD, lo snervamento a trazione si avvia in IDEA StatiCa a 0,9×50 ksi = 45 ksi. I 1,45 ksi aggiuntivi di tensione accumulati dopo lo snervamento possono portare a un incremento di resistenza di circa il 3%.

Gli elementi in acciaio strutturale sono modellati con elementi shell in IDEA StatiCa, con alcune semplificazioni della geometria fisica. Gli elementi shell rappresentano solo componenti rettangolari, pertanto i raccordi vengono trascurati. Inoltre, poiché gli elementi shell sono collegati in nodi situati al centro dello spessore, si verifica una certa sovrapposizione ai giunti degli elementi della sezione trasversale. La figura seguente mostra le semplificazioni per un profilo a doppio T. Le semplificazioni causano piccole differenze nell'area della sezione trasversale che possono influenzare la resistenza allo snervamento a trazione. Per un W14x159, l'area della sezione trasversale riportata nella Tabella 1-1 del Manuale AISC è 46,7 in.². L'area della sezione trasversale quando modellata come in IDEA StatiCa è 2b_ft_f+(d-t_f)t_w = 2(15,6 in.)(1,19 in) + (15,0 in. – 1,19 in.)(0,745 in.) = 47,4 in.², dove le dimensioni della sezione trasversale sono state anch'esse determinate dalla Tabella 1-1 del Manuale AISC. Questa è una differenza dell'1,5%.

L'effetto complessivo di queste differenze minori può essere osservato in un semplice modello IDEA StatiCa di un collegamento di giunzione tra due profili in acciaio W14x159 (ASTM A992). La giunzione è saldata di testa (ad es., CJP) e caricata a trazione. Secondo la specifica AISC (2022), la resistenza di progetto dell'elemento teso a doppio T è 0,9×(50 ksi)×(46,7 in.²) = 2.100 kips. Il carico massimo applicabile al collegamento in IDEA StatiCa (versione 22.1) è 2.180 kips, superiore del 4% alla resistenza di progetto calcolata secondo la specifica AISC. La distribuzione della deformazione plastica nel collegamento mostra che l'intera sezione trasversale ha raggiunto lo snervamento.

Rottura a trazione

Le disposizioni per lo stato limite di rottura a trazione si trovano nel Capitolo D della specifica AISC. Queste disposizioni sono richiamate nella Sezione J4.1 della specifica AISC per gli elementi di collegamento. La resistenza nominale per la rottura a trazione è calcolata come la resistenza a trazione del materiale, F_u, moltiplicata per l'area netta efficace, A_e. L'area netta efficace tiene conto del materiale rimosso, inclusi i fori per i bulloni, e dell'effetto del ritardo di taglio attraverso il fattore di ritardo di taglio, U, definito nella Tabella D3.1 della specifica AISC. Un fattore di resistenza ϕ = 0,75 viene applicato alla resistenza nominale per determinare la resistenza di progetto.

Lo stato limite di rottura a trazione non viene valutato direttamente in IDEA StatiCa. Viene catturato limitando la quantità di deformazione plastica che qualsiasi componente può subire. Il limite di deformazione plastica predefinito in IDEA StatiCa è del 5%. Né F_u né il fattore di resistenza ϕ = 0,75 vengono utilizzati in IDEA StatiCa. IDEA StatiCa utilizza una relazione tensione-deformazione bilineare in cui lo snervamento avviene alla tensione di snervamento dell'acciaio, F_y, moltiplicata per un fattore di riduzione pari a 0,9 per impostazione predefinita (l'utente può modificare questo fattore). Dopo lo snervamento, la rigidezza dell'acciaio è solo un millesimo del modulo di elasticità. Questa rigidezza post-snervamento è inclusa per la stabilità numerica e non fornisce alcun significativo incrudimento. Inoltre, IDEA StatiCa non utilizza i fattori di ritardo di taglio della Tabella D3.1 della specifica AISC. Il ritardo di taglio viene invece modellato esplicitamente.

Inoltre, le tensioni che si sviluppano nelle zone di collegamento sono raramente puramente uniassiali. IDEA StatiCa utilizza il criterio di snervamento di von Mises per identificare quando si verifica lo snervamento in questi stati di tensione complessi, il che può portare a un apparente incremento di resistenza. Per illustrare questo effetto, si consideri il semplice collegamento di giunzione mostrato nella figura seguente. La resistenza della piastra centrale vicino ai bulloni controlla la resistenza di questo collegamento. Sulla base delle procedure di calcolo manuale, ci si potrebbe aspettare che la resistenza determinata da IDEA StatiCa sia la tensione a cui si verifica lo snervamento moltiplicata per l'area netta (mostrata da una linea tratteggiata rossa nella figura). Per questo collegamento, l'area netta è (1/2 in.)×(8 in. – 2d_h) = 2,875 in.², dove il diametro del foro, d_h, è pari a 1-1/8 in. (si noti che IDEA StatiCa non include il 1/16 in. per il danneggiamento descritto nella Sezione B4.3b della specifica AISC, vedere la voce relativa alla Determinazione dell'area netta per ulteriori informazioni - ADD ANCHOR). Per LRFD, la tensione a cui si verifica lo snervamento in IDEA StatiCa è 0,9F_y e l'incrudimento è minimo (vedere la voce relativa allo Snervamento a trazione per ulteriori informazioni). Per il materiale A36 utilizzato in questo esempio, lo snervamento si verificherà a 0,9(36 ksi) = 32,4 ksi. Pertanto, ci si potrebbe aspettare che la resistenza di questo collegamento in IDEA StatiCa sia (2,875 in.²)×(32,4 ksi) = 93,1 kips. Tuttavia, poiché la tensione non è puramente uniassiale alla sezione netta, le altre componenti di tensione aumentano efficacemente la tensione di snervamento normale all'area netta e il 5% di deformazione plastica non viene raggiunto fino a un carico applicato di 111,7 kips.

Considerando singolarmente, le differenze tra i calcoli tradizionali e IDEA StatiCa risultano in resistenze inferiori in IDEA StatiCa (utilizzando solo F_y e non F_u), resistenze superiori in IDEA StatiCa (utilizzando un fattore di riduzione della resistenza del materiale di 0,9 invece di ϕ = 0,75) e resistenze diverse a seconda del collegamento specifico (modellando esplicitamente il ritardo di taglio invece di utilizzare il fattore di ritardo di taglio, U). Considerate insieme, le differenze di solito, ma non sempre, risultano in una resistenza uguale o inferiore da IDEA StatiCa rispetto ai calcoli tradizionali.

Lo stato limite di rottura a trazione è stato indagato in questo studio attraverso il confronto con centinaia di risultati sperimentali. I risultati mostrano che IDEA StatiCa è generalmente conservativo, specialmente al livello di resistenza nominale, ma vi sono alcuni casi in cui la resistenza disponibile da IDEA StatiCa è maggiore di quella calcolata secondo la specifica AISC. Utilizzando proprietà materiali e geometriche misurate senza fattori di resistenza applicati, la resistenza da IDEA StatiCa era inferiore o uguale alla resistenza osservata sperimentalmente per tutti tranne 12 provini su 529 (9 dei quali erano realizzati con acciaio ad alta resistenza, F_y = 122,8 ksi) e inferiore o uguale alla resistenza a rottura a trazione attesa calcolata utilizzando le equazioni di progetto per tutti tranne 30 provini su 529. Utilizzando proprietà materiali e geometriche nominali con fattori di resistenza applicati, la resistenza da IDEA StatiCa è risultata superiore alla resistenza calcolata secondo la specifica AISC per alcuni collegamenti senza riscontri fisici, in particolare elementi tesi a piastra con saldature relativamente corte ed elementi tesi in HSS rettangolare. Dato che i dati sperimentali per questi casi sono limitati, è in corso un lavoro per determinare se le differenze siano il risultato di non conservatismo in IDEA StatiCa o di conservatismo nelle equazioni della specifica AISC.

Snervamento e instabilità a compressione

La resistenza disponibile degli elementi interessati di elementi strutturali e degli elementi di collegamento in compressione è definita nella Sezione J4.4 della specifica AISC. Quando il rapporto di snellezza, L_c/r, è inferiore o uguale a 25, si applica lo snervamento a compressione e la resistenza nominale è calcolata come il prodotto della tensione di snervamento minima specificata e l'area lorda (ovvero, P_n = F_yA_g). Come per lo Snervamento a trazione, lo stato limite di snervamento a compressione viene valutato in IDEA StatiCa con il limite del 5% di deformazione plastica.

Quando il rapporto di snellezza, L_c/r, è maggiore di 25, si applicano le disposizioni del Capitolo E della specifica AISC. Gli stati limite nel Capitolo E della specifica AISC includono l'instabilità flessionale, l'instabilità torsionale e l'instabilità flesso-torsionale. L'analisi non lineare eseguita in IDEA StatiCa è non lineare perché include effetti come lo snervamento e il contatto. L'analisi tipicamente non considera le non linearità geometriche come gli effetti P-Δ (le non linearità geometriche sono considerate quando si utilizzano profili HSS come elementi di appoggio).

Gli ingegneri devono inoltre eseguire un'analisi di instabilità lineare per rilevare l'instabilità. Un'analisi di instabilità lineare può determinare il carico di instabilità elastica, espresso come rapporto del carico applicato. Pur fornendo informazioni utili che possono guidare la progettazione, l'analisi di instabilità lineare non considera il potenziale snervamento che può ridurre la rigidezza e il carico di instabilità (ovvero, instabilità anelastica), né considera gli effetti delle imperfezioni geometriche iniziali. A causa di queste limitazioni, per utilizzare IDEA StatiCa, il collegamento deve essere sufficientemente compatto da non subire né instabilità elastica né instabilità anelastica. Il rapporto del carico di instabilità elastica fornisce una misura conveniente della compattezza (o snellezza).

Si consideri il limite del rapporto di snellezza nella Sezione J4.4 della specifica AISC di L_c/r ≤ 25 per assumere lo snervamento a compressione. Un rapporto di snellezza di L_c/r = 25 corrisponde a una tensione critica elastica F_e = π²E/(L_c/r)² = π²(29.000 ksi)/(25)² = 458 ksi. Per l'acciaio A36, ciò corrisponde a 14 volte la tensione di snervamento fattorizzata per LRFD e 21 volte la tensione di snervamento fattorizzata per ASD. Per l'acciaio di grado 50, la tensione critica elastica corrisponde a 10 volte la tensione di snervamento fattorizzata per LRFD e 15 volte la tensione di snervamento fattorizzata per ASD. Di conseguenza, il rapporto del carico di instabilità elastica dovrebbe essere mantenuto superiore a questi rapporti per evitare casi in cui l'instabilità anelastica potrebbe essere determinante.

Il limite appropriato sul rapporto del carico di instabilità elastica varia in base alla configurazione del collegamento. Per l'instabilità delle piastre, il limite è molto più basso. Sulla base dei limiti di larghezza-spessore nella Tabella B4.1a della specifica AISC, il rapporto del carico di instabilità elastica critico dovrebbe essere mantenuto non inferiore a 3 per LRFD e 4,5 per ASD. Una valutazione delle piastre di mensola ha identificato limiti del rapporto del carico di instabilità elastica critico di 4 per LRFD e 6 per ASD. L'uso di un limite del rapporto del carico di instabilità critico di 3 è stato valutato per gli irrigidimenti di appoggio (rapporto in arrivo), elementi con estremità ribassata e collegamenti trave-su-pilastro.

Gli elementi di collegamento sufficientemente snelli da subire instabilità anelastica hanno comunque una resistenza, potenzialmente sufficiente per una determinata applicazione. Tuttavia, senza la capacità di quantificare accuratamente la resistenza all'instabilità anelastica in IDEA StatiCa, questi casi devono essere evitati.

Snervamento e rottura a taglio

La resistenza disponibile degli elementi interessati di elementi strutturali e degli elementi di collegamento a taglio è definita nella Sezione J4.2 della specifica AISC. Questa sezione descrive due stati limite: snervamento a taglio e rottura a taglio. Per entrambi gli stati limite, IDEA StatiCa non calcola la resistenza disponibile secondo la specifica AISC, ma si affida al limite del 5% di deformazione plastica per valutare se il collegamento è sufficientemente resistente.

In trazione, la relazione tensione-deformazione utilizzata in IDEA StatiCa è lineare fino allo snervamento, con una rigidezza pari al modulo di elasticità, poi lineare successivamente, con una rigidezza pari a un millesimo del modulo di elasticità. Lo snervamento in trazione si verifica alla tensione di snervamento minima specificata dell'acciaio, F_y, moltiplicata per 0,9 per LRFD o divisa per 1,67 per ASD. IDEA StatiCa utilizza il criterio di snervamento di von Mises per determinare quando inizia lo snervamento in stati di tensione multiassiali. Secondo il criterio di snervamento di von Mises, un materiale soggetto a taglio puro snervisce quando la tensione tangenziale è uguale alla tensione di snervamento divisa per la radice quadrata di 3. L'inverso della radice quadrata di 3 è approssimativamente uguale a 0,577, che è approssimativamente uguale al fattore 0,6 applicato alle equazioni di resistenza a taglio nella specifica AISC. Questa differenza, o differenze simili quando l'elemento non è strettamente in taglio puro, può portare a differenze tra IDEA StatiCa e i calcoli tradizionali. Il piccolo incrudimento può anche portare a differenze come descritto nella voce relativa allo Snervamento a trazione.

Possono verificarsi differenze anche perché nella Sezione J4.2 della specifica AISC, il fattore di resistenza per lo snervamento a taglio è definito come 1,00 e il fattore di sicurezza per lo snervamento a taglio è definito come 1,50. IDEA StatiCa non utilizza questi fattori e riduce invece il punto di snervamento di un fattore 0,9 per LRFD o dividendo per 1,67 per ASD, basandosi sul tipico fattore di resistenza e fattore di sicurezza per lo snervamento.

Esistono altre differenze per lo stato limite di rottura a taglio. Come descritto per lo stato limite di Rottura a trazione, IDEA StatiCa non utilizza la resistenza a trazione dell'acciaio, F_u, né il fattore di resistenza o il fattore di sicurezza per la rottura a taglio. Anche in questo caso, il punto di snervamento in trazione è assunto come 0,9F_y per LRFD e F_y/1,67 per ASD. Il risultato di queste differenze dipende dal rapporto delle resistenze del materiale. Anche nei collegamenti bullonati, l'area netta soggetta a taglio passa tipicamente per le linee centrali dei bulloni. La distribuzione delle deformazioni plastiche al punto limite in IDEA StatiCa può essere diversa, come si è visto per i collegamenti a piastra d'anima singola in questo articolo.

Come esempio del risultato combinato delle differenze tra le equazioni della specifica AISC e IDEA StatiCa, si considerino i due collegamenti di giunzione di trave mostrati nelle figure seguenti. Per entrambi, due travi W27×94 in acciaio A992 sono collegate da piastre di giunzione su entrambi i lati dell'anima. Le piastre di giunzione hanno uno spessore di 3/8 in. e sono realizzate in acciaio A36.

Il collegamento saldato è controllato dallo snervamento a taglio delle piastre di giunzione. La resistenza di progetto per le piastre è ϕR_n = ϕ0,6F_yA_gv = (1,0)0,6(36 ksi)(2 × 3/8 in. × 16 in.) = 259 kips. In IDEA StatiCa, le piastre di giunzione raggiungono una deformazione plastica del 5% quando soggette a un carico di taglio di 236 kips. La differenza nelle resistenze è principalmente dovuta all'uso di ϕ = 1,0 nelle equazioni della specifica AISC e a una riduzione di 0,9 sulla tensione di snervamento in IDEA StatiCa.

Il collegamento bullonato è controllato dalla rottura a taglio delle piastre di giunzione. La resistenza di progetto per le piastre è ϕR_n = 210 kips. In IDEA StatiCa, le piastre di giunzione raggiungono una deformazione plastica del 5% quando soggette a un carico di taglio di 213 kips, quasi uguale alla resistenza di progetto secondo la specifica AISC, indicando che le differenze si compensano a vicenda e risultano in una progettazione sicura.

Snervamento sotto azioni combinate

Gli elementi strutturali e gli elementi di collegamento sono spesso soggetti a più azioni simultaneamente, tra cui forza assiale, momento flettente, taglio e torsione. La Sezione J4 della specifica AISC non fornisce requisiti specifici per gli elementi di collegamento soggetti ad azioni combinate. Tuttavia, la Parte 9 del Manuale AISC descrive diversi approcci per la valutazione degli elementi di collegamento soggetti ad azioni combinate. Un approccio consiste nel sovrapporre le tensioni calcolate sulla base della teoria elastica delle travi e utilizzare un criterio di primo snervamento. Un altro approccio consiste nell'utilizzare equazioni di interazione che approssimano il limite della resistenza plastica. Una di queste equazioni, applicabile agli elementi rettangolari sotto carico nel piano, è l'Equazione 9-1 del Manuale AISC.

\[ \frac{M_r}{M_c} + \left ( \frac{P_r}{P_c} \right )^2 + \left ( \frac{V_r}{V_c} \right )^4 \le 1.0 \]

dove M_r, P_r e V_r sono rispettivamente le resistenze flessionali, assiali e di taglio richieste; e M_c, P_c e V_c sono rispettivamente le resistenze flessionali, assiali e di taglio disponibili.

Dowswell (2015) ha presentato un'equazione più generale per elementi rettangolari sotto carico nel piano e fuori dal piano.

\[ \left ( \frac{P_r}{P_c} \right )^2 + \left ( \frac{T_r}{T_c} \right )^2 + \left ( \frac{V_r}{V_c} \right )^4  + \left ( \left ( \frac{M_{rx}}{M_{cx}} \right )^{1.7} + \left ( \frac{M_{ry}}{M_{cy}} \right )^{1.7} \right )^{0.59} \le 1.0 \]

dove T_r, M_rx e M_ry sono rispettivamente le resistenze torsionali, flessionali sull'asse principale e flessionali sull'asse secondario richieste; e T_c, M_cx e M_cy sono rispettivamente le resistenze torsionali, flessionali sull'asse principale e flessionali sull'asse secondario disponibili.

In IDEA StatiCa, gli elementi di collegamento sono modellati con elementi finiti shell a cui viene assegnato un modello di materiale a plasticità multiassiale che utilizza il criterio di snervamento di von Mises (l'uso del criterio di snervamento di von Mises è descritto anche nella Parte 9 del Manuale AISC). Man mano che il carico viene applicato nel modello, i singoli elementi shell subiscono stati di tensione generali che vengono valutati utilizzando il criterio per determinare se si è verificato lo snervamento. Se si verifica lo snervamento, la rigidezza del materiale viene ridotta a 1/1000 della rigidezza iniziale e l'analisi continua.

Per illustrare le differenze tra le resistenze calcolate utilizzando le equazioni di interazione e IDEA StatiCa, si consideri il collegamento mostrato di seguito. La piastra centrale di "prova" ha uno spessore di 1 in., un'altezza di 6 in., una lunghezza di 10 in. ed è realizzata in acciaio A36. Sia le piastre di collegamento che gli elementi a sezione cava sono stati selezionati per essere resistenti e rigidi. Sono state eseguite analisi sottoponendo la piastra di prova a carichi biassiali, composti da trazione assiale e momento flettente attorno agli assi principale e secondario, per determinare i carichi applicati massimi ammissibili (ovvero i carichi che causano il 5% di deformazione plastica nella piastra di prova). Per queste analisi, l'opzione geometrica non lineare (GMNA) è stata disattivata nelle impostazioni normativa. Inoltre, la dimensione massima degli elementi è stata modificata a 0,25 in. e la dimensione minima degli elementi è stata modificata a 0,10 in. per creare una rete più fine e acquisire la distribuzione delle tensioni in modo più accurato.

I risultati delle analisi di IDEA StatiCa sono mostrati nella figura seguente. Nella figura sono mostrati anche i diagrammi di interazione basati sull'equazione di Dowswell (2015). Le resistenze disponibili utilizzate per i diagrammi di interazione calcolati sono P_c = ϕP_n = 194,4 kips, M_cx = ϕM_nx = 24,3 kip-ft e M_cy = ϕM_ny = 4,05 kip-ft. Si osservano differenze tra i risultati di IDEA StatiCa e quelli dell'equazione di interazione, anche quando viene applicata una sola azione. Le cause delle differenze sotto una singola azione sono descritte nelle voci relative allo snervamento flessionale e allo snervamento a trazione. Le differenze tra IDEA StatiCa e l'equazione approssimata per le azioni combinate sono maggiori, ma i risultati di IDEA StatiCa mostrano chiari effetti di interazione.

Rottura per taglio a blocco

La rottura per taglio a blocco è un collasso combinato a trazione e taglio in cui un blocco di materiale viene strappato da un elemento strutturale o da un elemento di collegamento. La resistenza disponibile per lo stato limite di rottura per taglio a blocco è definita nella Sezione J4.3 della specifica AISC. Come per lo stato limite di rottura a trazione, lo stato limite di rottura per taglio a blocco non viene valutato direttamente in IDEA StatiCa. Viene catturato limitando la quantità di deformazione plastica che qualsiasi componente può subire a un massimo del 5% (l'utente può modificare questo limite). Le differenze principali tra i calcoli tradizionali e IDEA StatiCa derivano dalla relazione tensione-deformazione utilizzata in IDEA StatiCa. È incluso solo un minimo incrudimento post-snervamento (ovvero, le tensioni non raggiungono F_u), e la tensione di snervamento è ridotta di 0,9 per LRFD (ovvero, non ϕ = 0,75 come specificato per la rottura per taglio a blocco).

Un confronto tra i calcoli tradizionali e IDEA StatiCa per lo stato limite di rottura per taglio a blocco nei collegamenti bullonati è presentato in questo articolo. I risultati del confronto mostrano che la resistenza da IDEA StatiCa può essere maggiore di quella secondo la specifica AISC per alcuni casi, specialmente se il rapporto tra resistenza a trazione e tensione di snervamento (F_u/F_y) è relativamente basso. Tuttavia, i ricercatori hanno identificato che le disposizioni della specifica AISC possono essere conservative rispetto ai risultati sperimentali. La resistenza alla rottura per taglio a blocco da IDEA StatiCa è risultata accurata o conservativa rispetto alla norma canadese (CSA S16) e a un'equazione di progetto alternativa proposta dai ricercatori.

La resistenza per lo stato limite di rottura per taglio a blocco in IDEA StatiCa può variare in base al tipo di trasferimento della forza di taglio dei bulloni. In IDEA StatiCa, le forze vengono trasferite da una piastra all'altra su un'area più ampia per i collegamenti a scorrimento controllato rispetto ai collegamenti a rifollamento. La maggiore distribuzione delle forze di trasferimento, pur essendo fisicamente rappresentativa del trasferimento del carico per attrito, può portare a percorsi di rottura per taglio a blocco diversi e a una maggiore resistenza. Per la maggior parte dei collegamenti, la resistenza allo scorrimento è inferiore alla resistenza alla rottura per taglio a blocco. Tuttavia, poiché i collegamenti a scorrimento controllato devono essere progettati per gli stati limite dei collegamenti a rifollamento in aggiunta allo scorrimento (Sezione J3.9 della specifica AISC), si raccomanda che i collegamenti a scorrimento controllato vengano analizzati due volte in IDEA StatiCa: una volta come collegamento a scorrimento controllato (ovvero con il tipo di trasferimento della forza di taglio impostato su "Attrito") e nuovamente come collegamento a rifollamento (ovvero con il tipo di trasferimento della forza di taglio impostato su "Rifollamento – interazione trazione/taglio"). 

Per illustrare questo effetto, si consideri il collegamento mostrato di seguito tra un elemento teso W14x99 (A992) e due piastre. Il collegamento è realizzato con (4) bulloni A490 da 1 in. di diametro in fori standard e superfici di Classe B. La resistenza di progetto di questo collegamento per lo stato limite di scorrimento è \(\phi R_n = 289\textrm{ kips}\), tuttavia, la rottura per taglio a blocco controlla la resistenza del collegamento con una resistenza di progetto di \(\phi R_n = 148 \textrm{ kips}\). Quando modellato in IDEA StatiCa e il tipo di trasferimento della forza di taglio dei bulloni è impostato su "Attrito", possono essere applicati carichi fino a 263 kips prima che lo sfruttamento dei bulloni raggiunga il 100%. La differenza tra questa resistenza e la resistenza di progetto di 289 kips per lo stato limite di scorrimento è dovuta al fatto che la trazione nei bulloni si sviluppa nel modello e viene trattata in modo conservativo come trazione applicata in IDEA StatiCa. A 263 kips di trazione applicata e utilizzando bulloni "Attrito", la deformazione plastica nell'anima è del 3,5%, al di sotto del limite del 5%. Quando il tipo di trasferimento della forza di taglio per i bulloni è impostato su "Rifollamento – interazione trazione/taglio", il carico applicato massimo diminuisce a 183 kips con la deformazione plastica nell'anima che controlla. La differenza tra questa resistenza e la resistenza di progetto di 148 kips per lo stato limite di rottura per taglio a blocco è prevalentemente dovuta al conservatismo nell'equazione della specifica AISC per la rottura per taglio a blocco come descritto in questo articolo. Secondo la norma canadese (CSA S16), la resistenza di progetto di questo collegamento per lo stato limite di rottura per taglio a blocco è 181 kips, approssimativamente uguale alla resistenza da IDEA StatiCa. La figura seguente mostra la deformazione plastica nell'anima al carico applicato massimo per ciascun tipo di trasferimento della forza di taglio. Le distribuzioni della deformazione plastica sono chiaramente diverse e dimostrano la maggiore distribuzione delle forze di trasferimento per i bulloni "Attrito" in IDEA StatiCa. Ulteriori discussioni possono essere trovate nella voce relativa allo Scorrimento.

Snervamento flessionale

La resistenza nominale per lo snervamento flessionale è definita nel Capitolo F della specifica AISC (2022) per gli elementi flessibili e nella Sezione J4.5 per gli elementi di collegamento. La resistenza nominale per lo stato limite di snervamento flessionale è generalmente assunta come la tensione di snervamento minima specificata, F_y, moltiplicata per il modulo di resistenza plastico, Z. In IDEA StatiCa, invece di limitare la resistenza richiesta a non più della resistenza disponibile (ad es., M_u ≤ ϕM_n), gli elementi strutturali e gli elementi di collegamento sono modellati con elementi shell a cui viene assegnata una relazione tensione-deformazione non lineare composta da una regione elastica lineare e una regione plastica lineare, e la deformazione plastica è limitata al 5%.

La modellazione degli elementi strutturali e degli elementi di collegamento come elementi shell comporta alcune semplificazioni della geometria fisica. Ad esempio, gli elementi shell rappresentano solo componenti rettangolari, pertanto i raccordi vengono trascurati. Inoltre, poiché gli elementi shell sono collegati in nodi situati al centro dello spessore, si verifica una certa sovrapposizione ai giunti degli elementi della sezione trasversale. La figura seguente mostra le semplificazioni per un profilo a doppio T.

Profilo a doppio T come modellato in IDEA StatiCa

Per un W24x176, il modulo di resistenza plastico rispetto all'asse principale (asse x) riportato nel Manuale di Costruzioni in Acciaio AISC (2023) Tabella 1-1 è 511 in.³. Il modulo di resistenza plastico rispetto all'asse principale della sezione trasversale formata dagli elementi shell (con dimensioni della sezione trasversale determinate dalla Tabella 1-1 del Manuale AISC) è calcolato come segue:

\[\frac{t_w(d-t_f)^2}{4}+2b_f t_f \left ( \frac{d-t_f}{2} \right ) = \frac{0.75 \textrm{ in.}(25.2 \textrm{ in.}-1.34\textrm{ in.})^2}{4}+2(12.9\textrm{ in.}) (1.34\textrm{ in.}) \left ( \frac{25.2\textrm{ in.}-1.34\textrm{ in.}}{2} \right ) = 519.2 \textrm{ in.}^3\]

Questo è superiore dell'1,6% al modulo di resistenza plastico riportato nella tabella del Manuale AISC.

La distribuzione delle tensioni al limite di deformazione plastica in IDEA StatiCa sarà anche diversa dalla distribuzione delle tensioni idealizzata utilizzata per calcolare M_p. A differenza della distribuzione delle tensioni idealizzata, le tensioni saranno inferiori a F_y vicino all'asse neutro poiché il limite di deformazione plastica verrà raggiunto a una curvatura finita. Inoltre, le tensioni saranno superiori a F_y alle fibre estreme della sezione trasversale perché nella relazione tensione-deformazione in IDEA StatiCa è assunto un piccolo incrudimento post-snervamento.

L'effetto complessivo di queste differenze minori può essere osservato in un semplice collegamento di giunzione tra due profili in acciaio W24x176 (ASTM A992). La giunzione è saldata di testa (ad es., CJP) e caricata a flessione sull'asse principale. La resistenza di progetto del profilo a doppio T secondo la specifica AISC (2022) con fattore di resistenza, ϕ = 0,9, è 0,9 × 50 ksi × 511 in.³ = 1916,3 kip-ft. Il momento massimo applicabile al collegamento in IDEA StatiCa (versione 23.0) è 2000,7 kip-ft, superiore del 4,4% alla resistenza di progetto calcolata secondo la specifica AISC. La distribuzione della deformazione plastica al limite è mostrata nella figura seguente. Come previsto, le ali superiore e inferiore hanno raggiunto lo snervamento, ma l'anima all'asse neutro rimane elastica.

Distribuzione della deformazione plastica per un elemento flessionale W24x176 al limite del 5% di deformazione plastica

La relazione tra il momento applicato e la deformazione plastica massima è mostrata nella figura seguente. La resistenza flessionale di progetto calcolata utilizzando il modulo di resistenza plastico del Manuale AISC è mostrata come ϕM_p (Manuale). La resistenza flessionale di progetto calcolata utilizzando il modulo di resistenza plastico calcolato come mostrato sopra sulla base della rappresentazione della sezione in IDEA StatiCa è mostrata come ϕM_p (IDEA).

Momento applicato vs deformazione plastica per un elemento flessionale W24x176

Per una trave a doppio T, la maggior parte della resistenza flessionale è catturata dal comportamento nel piano degli elementi shell. Il comportamento fuori piano degli elementi shell può essere valutato attraverso un'indagine sulla flessione delle piastre.

Per una piastra (ASTM A36, F_y = 36 ksi) di larghezza, b = 10 in. e spessore, t = 0,5 in., il modulo di resistenza plastico per la flessione fuori piano è calcolato come Z = bt²/4 = 0,625 in.³, e la resistenza di progetto, ϕM_p, con fattore di resistenza, ϕ = 0,9 è calcolata come 0,9 x 36 ksi x 0,625 in.³ = 20,25 kip-in. Le semplificazioni geometriche descritte sopra per una sezione a doppio T non si applicano a una semplice piastra rettangolare, ma rimangono differenze nella distribuzione delle tensioni. Il momento massimo applicabile alla piastra in IDEA StatiCa (versione 23.0) è 19,66 kip-in., inferiore del 2,9% alla resistenza di progetto calcolata secondo la specifica AISC. La distribuzione della deformazione plastica per la piastra caricata a flessione sull'asse secondario e un grafico del momento applicato vs deformazione plastica sono presentati nelle figure seguenti.

Distribuzione della deformazione plastica per la flessione fuori piano della piastra al limite del 5% di deformazione plastica

Momento applicato vs deformazione plastica per una piastra caricata a flessione sull'asse secondario

Rottura flessionale

La rottura flessionale è tra gli stati limite identificati per gli elementi interessati di elementi strutturali e gli elementi di collegamento a flessione nella Sezione J4.5 della specifica AISC. La rottura flessionale può verificarsi quando un momento viene applicato a una sezione trasversale con materiale rimosso, come i fori per i bulloni. Il Capitolo J della specifica AISC non definisce la resistenza disponibile per lo stato limite di rottura flessionale. La Sezione F13.1 della specifica AISC affronta la rottura flessionale per gli elementi con fori per bulloni nell'ala in trazione, e nella Parte 9 del Manuale AISC vengono fornite indicazioni per la rottura flessionale degli elementi interessati e di collegamento. In particolare, l'Equazione 9-8 del Manuale AISC definisce la resistenza nominale per la rottura flessionale come il prodotto della resistenza a trazione minima specificata e il modulo di resistenza plastico netto dell'elemento interessato o di collegamento. Il Manuale AISC definisce inoltre il fattore di resistenza come \(\phi=0.75\) e il fattore di sicurezza come \(\Omega = 2.00\) per la rottura flessionale.

Come per lo stato limite di rottura a trazione, IDEA StatiCa non valuta le equazioni di resistenza per la rottura flessionale. Lo stato limite di rottura flessionale viene invece valutato utilizzando il limite di deformazione plastica. Pertanto, come per la rottura a trazione, si verificano differenze perché la relazione tensione-deformazione utilizzata in IDEA StatiCa ha un incrudimento minimo oltre lo snervamento, mentre l'equazione di progetto utilizza la resistenza a trazione del materiale, e perché IDEA StatiCa riduce la tensione allo snervamento di un fattore 0,9 (per LRFD) mentre per la rottura flessionale viene utilizzato un fattore di resistenza di 0,75. Ulteriori differenze, specifiche della rottura flessionale, derivano dall'uso di un modulo di resistenza plastico nell'equazione di progetto, che assume una tensione uniforme sia in trazione che in compressione. In IDEA StatiCa, le tensioni sono un risultato dell'analisi e non necessariamente uniformi.

Per esaminare l'effetto netto di queste differenze, si considerino le piastre di giunzione testate da Mohr e Murray (2008). Hanno testato complessivamente 14 provini; qui vengono indagati i sei test della prima serie con tre diversi schemi di bulloni. Le piastre erano installate tra due travi W27x84. L'intero assemblaggio era caricato a flessione a quattro punti, sottoponendo la piastra a flessione pura. Le dimensioni delle piastre più grandi, quelle con 7 bulloni in ciascuna fila verticale, sono mostrate di seguito. Sono stati eseguiti anche test con 5 e 3 bulloni in ciascuna fila verticale con dimensioni simili. La tensione di snervamento misurata delle piastre era F_y = 49,5 ksi, la resistenza a trazione misurata delle piastre era F_u = 72,1 ksi e lo spessore misurato delle piastre era t = 0,370 in.

La resistenza di progetto, \(\phi M_n\), delle piastre è stata calcolata secondo la specifica AISC per lo stato limite di snervamento flessionale e il Manuale AISC per lo stato limite di rottura flessionale. In questi calcoli sono state utilizzate le proprietà materiali e geometriche misurate e sono stati applicati i fattori di resistenza. Sono stati costruiti anche modelli IDEA StatiCa dei tre collegamenti utilizzando le proprietà materiali e geometriche misurate delle piastre. I fattori di resistenza sono rimasti ai valori predefiniti. Le proprietà delle travi e dei bulloni sono state aumentate rispetto ai valori nominali per garantire che il modo di collasso corrispondesse a quello dell'esperimento. Il momento applicato massimo ammissibile da IDEA StatiCa, M_IDEA, è stato determinato in modo iterativo. I risultati di questi calcoli sono mostrati nella figura seguente insieme alla resistenza sperimentale, M_exp. La resistenza sperimentale è stata assunta come la media delle resistenze riportate per i due provini di ciascuno schema di bulloni. I momenti nella figura si riferiscono a ciascuna piastra, notando che vi erano due piastre per ciascun provino, una su ciascun lato delle travi.

Negli esperimenti fisici, tutti i provini hanno collassato per rottura flessionale. La rottura flessionale controlla anche la resistenza a momento delle piastre poiché \(\phi M_{n,rupture} < \phi M_{n,yield}\). IDEA StatiCa, tuttavia, non distingue chiaramente tra questi due stati limite; entrambi vengono valutati utilizzando il limite del 5% di deformazione plastica. La deformazione plastica nelle piastre al carico applicato massimo ammissibile è mostrata per i casi con 7 e 3 bulloni in ciascuna fila verticale di seguito.

Il momento applicato massimo ammissibile da IDEA StatiCa, M_IDEA, è approssimativamente superiore del 5% a \(\phi M_{n,rupture}\) per questi casi, un risultato leggermente non conservativo rispetto all'equazione del Manuale AISC. Tuttavia, M_IDEA è approssimativamente inferiore del 20% a M_exp per questi casi. Sebbene sia previsto che M_IDEA sia inferiore a M_exp poiché nessun fattore di riduzione è stato applicato ai risultati sperimentali, la differenza indica che esiste un margine di sicurezza.

Schiacciamento del calcestruzzo

Alle basi dei pilastri si sviluppano tensioni di appoggio sulle fondazioni e sui plinti in calcestruzzo. La Sezione J8 della specifica AISC (2022) fornisce un'equazione per la resistenza del calcestruzzo per lo stato limite di schiacciamento del calcestruzzo, identica alle disposizioni equivalenti dell'ACI 318 (ACI 2019). La resistenza dipende dall'area dell'acciaio che appoggia su un supporto in calcestruzzo, dalla geometria del supporto in calcestruzzo e dalla resistenza a compressione specificata del calcestruzzo.

IDEA StatiCa utilizza queste disposizioni per valutare lo schiacciamento del calcestruzzo. Tuttavia, alcune differenze tra IDEA StatiCa e i calcoli manuali tradizionali nella valutazione dello schiacciamento del calcestruzzo derivano dalle differenze nell'approccio di analisi sottostante. Nei calcoli manuali è comune assumere che la tensione di appoggio sia uniforme sull'area di contatto. In IDEA StatiCa, la rigidezza del plinto in calcestruzzo, la rigidezza della base del pilastro e il contatto sono modellati esplicitamente, risultando in una distribuzione della tensione di appoggio più fisicamente realistica e non uniforme. L'area di appoggio in IDEA StatiCa è calcolata come l'area dell'acciaio che è in contatto con il calcestruzzo e con una tensione di appoggio superiore a un valore di soglia (la soglia di tensione è definita come un rapporto rispetto alla tensione di appoggio massima, con il rapporto selezionabile nelle impostazioni normativa). Ciò può risultare in una forma relativamente complessa per l'area di appoggio come mostrato nella figura seguente. Ciononostante, la forza di appoggio totale, l'area di appoggio e l'area geometricamente simile nel supporto in calcestruzzo vengono calcolate per l'uso nell'equazione normativa.

Vista tridimensionale (sinistra) e vista in pianta (destra) della tensione nel calcestruzzo all'interfaccia acciaio-calcestruzzo di un collegamento a piastra di base caricato concentricamente. Il contorno dell'area di appoggio (A₁ nella Sezione J8 della specifica AISC) è mostrato come una linea nera continua nella vista in pianta. Si noti la forma irregolare che segue le curve di livello delle tensioni e i fori per i tirafondi. La superficie di supporto in calcestruzzo (A₂ nella Sezione J8 della specifica AISC) è mostrata come la regione tratteggiata della vista in pianta ed è analogamente irregolare.

Ulteriori informazioni possono essere trovate in questi articoli:

• https://www.ideastatica.com/support-center/general-theoretical-background#Structural_model_of_a_concrete_block
• https://www.ideastatica.com/support-center/check-of-components-according-to-aisc
• https://www.ideastatica.com/support-center/check-of-concrete-blocks-according-to-aisc
• https://www.ideastatica.com/support-center/base-plate-connections-aisc

Flessione locale dell'ala

La flessione locale dell'ala è tra gli stati limite che si applicano alle forze concentrate applicate normalmente all'ala di profili a doppio T e forme composte simili. Si applica solo alle forze concentrate di trazione. La resistenza nominale per lo stato limite di flessione locale dell'ala è definita nella Sezione J10.1 della specifica AISC (2022).

Come descritto nel commento alla Sezione J10.1, lo stato limite di flessione locale dell'ala era originariamente inteso a prevenire la frattura della saldatura che potrebbe verificarsi prematuramente a causa di sollecitazioni non uniformi dovute alla deformazione dell'ala. Tuttavia, prove più recenti hanno dimostrato che la frattura della saldatura non si verifica quando viene superata la resistenza alla flessione locale dell'ala, ma piuttosto che la resistenza alla flessione locale dell'ala rappresenta un limite inferiore al quale la deformazione dell'ala potrebbe portare a un'instabilità locale prematura dell'ala o essere dannosa per altri aspetti delle prestazioni dell'elemento. Il commento osserva inoltre che, sebbene le deformazioni dell'ala possano verificarsi anche sotto forze di compressione, la specifica AISC non richiede che la flessione locale dell'ala venga verificata per le forze di compressione poiché è consuetudine eseguire la verifica solo per le forze di trazione.

Come mostrato nella figura sopra, sia la distribuzione non uniforme delle tensioni che le deformazioni dell'ala sono modellate esplicitamente in IDEA StatiCa. Ciascun segmento di saldatura viene verificato indipendentemente per la resistenza. Casi come quello mostrato nella figura sopra sono stati esaminati nella calibrazione e nella successiva validazione e verifica del modello di saldatura in IDEA StatiCa. Tuttavia, per profili diversi dagli HSS, le deformazioni locali dell'ala non vengono verificate rispetto a un limite, il loro effetto sulle prestazioni dell'elemento non viene valutato e la loro entità non può essere ottenuta direttamente dal modello. Di conseguenza, lo stato limite di flessione locale dell'ala non viene valutato in IDEA StatiCa. Nei casi in cui la flessione locale dell'ala controlla i calcoli tradizionali, da IDEA StatiCa possono essere ottenute resistenze significativamente più elevate. Nei casi in cui le deformazioni dell'ala sono una preoccupazione, si raccomanda di valutare lo stato limite al di fuori di IDEA StatiCa.

Si noti che lo snervamento flessionale delle ali nei collegamenti bullonati è considerato uno stato limite separato. Nei calcoli tradizionali, la resistenza disponibile è tipicamente determinata utilizzando la teoria delle linee di snervamento come descritto da Dowswell (2011) per i collegamenti generici o da Eatherton e Murray (2023) per i collegamenti a momento con piastra d'estremità. IDEA StatiCa cattura questo stato limite attraverso la modellazione esplicita dell'ala come mostrato nella figura seguente.

Snervamento locale dell'anima

Lo snervamento locale dell'anima è tra gli stati limite che si applicano alle forze concentrate applicate normalmente all'ala di profili a doppio T e forme composte simili. Le equazioni di resistenza nominale per lo snervamento locale dell'anima nella Sezione J10.2 della specifica AISC si basano sullo snervamento dell'anima su una lunghezza pari alla lunghezza di appoggio più una diffusione assunta della forza attraverso l'ala. Sebbene lo snervamento dell'anima sia modellato esplicitamente in IDEA StatiCa, diverse caratteristiche delle equazioni di progetto non lo sono. Le equazioni assumono un gradiente di tensione di 2,5:1 attraverso l'ala e il raccordo dei profili laminati. In IDEA StatiCa, l'ala è modellata con elementi shell e il raccordo viene trascurato, pertanto la diffusione delle forze dipende in gran parte dai vincoli tra l'ala e l'anima. Nella Sezione J10.2 della specifica AISC sono presenti due equazioni separate per lo snervamento locale dell'anima a seconda della distanza della forza dalle estremità dell'elemento. In IDEA StatiCa, la riduzione della resistenza dovuta alla prossimità all'estremità dell'elemento è catturata modellando direttamente l'elemento. Un fattore di resistenza ϕ = 1,00 e un fattore di sicurezza Ω = 1,50 si applicano allo stato limite di snervamento locale dell'anima. IDEA StatiCa non utilizza questi fattori e riduce invece il punto di snervamento di un fattore 0,9 per LRFD o dividendo per 1,67 per ASD, basandosi sul tipico fattore di resistenza e fattore di sicurezza per lo snervamento.

L'effetto complessivo di queste differenze è stato indagato per i collegamenti trave-su-pilastro in questo articolo e per le forze concentrate generiche in questo rapporto.

Instabilità a compressione dell'anima

L'instabilità a compressione dell'anima è tra gli stati limite che si applicano alle forze concentrate applicate normalmente all'ala di profili a doppio T e forme composte simili. Si applica quando una coppia di forze comprime l'anima da entrambe le ali nella stessa posizione lungo la lunghezza dell'elemento. La Sezione J10.5 della specifica AISC fornisce un'equazione per la resistenza nominale per l'instabilità a compressione dell'anima. L'equazione si basa sulla resistenza all'instabilità elastica di una piastra semplicemente appoggiata soggetta a forze concentrate uguali e opposte.

In IDEA StatiCa, la progettazione per l'instabilità a compressione dell'anima può essere realizzata garantendo che il carico di instabilità elastica critico sia sufficientemente elevato (vedere la discussione nella voce relativa allo Snervamento e instabilità a compressione). Attraverso confronti con analisi geometrica e materiale non lineare con imperfezioni incluse (GMNIA), un rapporto del carico di instabilità elastica critico di 3 è stato determinato come limite inferiore appropriato.

Snervamento a taglio della zona nodale dell'anima

La resistenza disponibile per lo stato limite di snervamento a taglio della zona nodale di profili a doppio T e forme composte simili è definita nella Sezione J10.6 della specifica AISC. In questa sezione sono fornite quattro diverse equazioni per la resistenza nominale. Una coppia di equazioni è fornita per quando l'effetto della deformazione anelastica della zona nodale sulla stabilità del telaio non è considerato nell'analisi e un'altra coppia per quando lo è. La prima coppia di equazioni limita il comportamento della zona nodale al campo elastico. La seconda coppia di equazioni fornisce una resistenza maggiore; tuttavia, la deformazione plastica della zona nodale è necessaria per raggiungere una resistenza maggiore. Le deformazioni aggiuntive possono aumentare significativamente le deformazioni complessive del telaio e gli effetti del secondo ordine. Se la possibilità di deformazione anelastica della zona nodale non è considerata nel calcolo delle resistenze richieste degli elementi e dei collegamenti, la Sezione J10.6 della specifica AISC richiede che il comportamento della zona nodale sia limitato al campo elastico.

In IDEA StatiCa, lo snervamento a taglio della zona nodale è modellato esplicitamente con elementi shell non lineari ed è limitato da un limite di deformazione plastica. Lo stato limite di snervamento a taglio della zona nodale è stato esplorato per i collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa in questo articolo e per i collegamenti a momento con piastra d'ala bullonata in questo articolo. Utilizzando il limite di deformazione plastica predefinito del 5%, la resistenza da IDEA StatiCa supera quella della specifica AISC per quando l'effetto della deformazione anelastica della zona nodale sulla stabilità del telaio non è considerato nell'analisi. Tuttavia, riducendo il limite di deformazione plastica a un valore piccolo (ad es., 0,1%) in IDEA StatiCa si impone un comportamento essenzialmente elastico e si ottengono resistenze accurate rispetto alle equazioni della specifica AISC per quando l'effetto della deformazione anelastica della zona nodale sulla stabilità del telaio non è considerato nell'analisi.

Gli ingegneri dovrebbero sapere se l'effetto della deformazione anelastica della zona nodale sulla stabilità del telaio è stato considerato nell'analisi per determinare le resistenze richieste (ovvero, non l'analisi di IDEA StatiCa). E, in caso contrario, dovrebbero limitare il comportamento della zona nodale a essere essenzialmente elastico.

Collegamenti a elementi HSS

Il Capitolo K della specifica AISC (2022) include requisiti aggiuntivi, oltre a quelli del Capitolo J, che si applicano ai collegamenti a elementi HSS e sezioni scatolari che si comportano come elementi HSS. Il Capitolo K è organizzato per tipo di collegamento e i requisiti sono spesso accompagnati da limiti di applicabilità. Tuttavia, il Capitolo K non vieta l'uso di collegamenti di altre configurazioni o quelli al di fuori dei limiti di applicabilità.

Gli stati limite descritti nelle tabelle del Capitolo K vengono valutati in IDEA StatiCa mediante modellazione esplicita e il limite del 5% di deformazione plastica. Anche gli effetti dei parametri definiti nella Sezione K1, inclusa la larghezza efficace per i collegamenti a profili HSS rettangolari per tenere conto delle distribuzioni non uniformi delle tensioni, il parametro di interazione della tensione nella corda e la distanza dal bordo, sono modellati esplicitamente. Per aumentare la precisione, la non linearità geometrica è inclusa nel modello per impostazione predefinita quando una sezione trasversale cava viene utilizzata come elemento di appoggio.

Il commento al Capitolo K afferma: "Quando si utilizza l'analisi agli elementi finiti inelastica, le deformazioni di picco negli elementi shell spessi (T × T × T) non devono superare 0,02/T alla capacità nominale, dove T è lo spessore in pollici." Trascurando la differenza tra deformazione e deformazione plastica, il valore limite di questa raccomandazione è maggiore del 5% utilizzato da IDEA StatiCa quando lo spessore è inferiore a 0,4 in. Sebbene il limite di deformazione nella raccomandazione del commento sia più restrittivo del limite predefinito in IDEA StatiCa per tubi più spessi, il limite del 5% di deformazione plastica è più ampiamente riconosciuto come limite accettabile per la progettazione della resistenza, anche dallo Steel Tube Institute.

Il Capitolo K si basa esclusivamente sugli stati limite di resistenza. Di conseguenza, nei collegamenti che soddisfano i requisiti del Capitolo K possono verificarsi grandi deformazioni. Ciononostante, la deformazione locale fuori piano degli elementi HSS viene verificata in IDEA StatiCa rispetto a un limite del 3% della dimensione trasversale minima della sezione trasversale (ovvero, diametro o larghezza) sulla base dei requisiti di altre normative.

Poiché le disposizioni del Capitolo K si basano in gran parte sulla ricerca internazionale e sul lavoro di comitati internazionali, le verifiche rispetto ad altre normative sono generalmente informative per la pratica statunitense. Diversi studi di verifica per i collegamenti a elementi HSS sono disponibili sul sito web di IDEA StatiCa, inclusi i collegamenti tra sezioni cave rettangolari, sezioni cave circolari, piastre e sezioni cave rettangolari e piastre e sezioni cave circolari.

Considerazioni e requisiti di progetto

Base di Progetto

La progettazione per resistenza secondo la Specifica AISC viene eseguita con le disposizioni per la progettazione a fattori di carico e resistenza (LRFD) oppure con le disposizioni per la progettazione a resistenza ammissibile (ASD). Sebbene questi due approcci abbiano resistenze richieste e resistenze disponibili diverse, le resistenze nominali sono le stesse e i progetti finali dovrebbero essere simili, se non identici.

Le resistenze richieste sono maggiori per LRFD rispetto ad ASD a causa dei maggiori fattori di carico nelle combinazioni di carico LRFD. Differenze nelle resistenze richieste possono emergere anche quando queste vengono calcolate mediante analisi non lineare e il livello di non linearità dipende dal livello di carico. Per compensare ciò nella progettazione per la stabilità, la Specifica AISC richiede che tutti gli effetti dipendenti dal carico siano calcolati a un livello di carico corrispondente alle combinazioni di carico LRFD o a 1,6 volte le combinazioni di carico ASD. IDEA StatiCa segue un approccio diverso. In IDEA StatiCa, la tensione di snervamento per gli elementi shell è assunta pari a 0,9F_y per LRFD e F_y/1,67 per ASD, dove 0,9 e 1,67 corrispondono al tipico fattore di resistenza e al fattore di sicurezza per gli stati limite di snervamento. Nella maggior parte dei casi, ciò comporta carichi applicati massimi ammissibili 1,5 volte maggiori per LRFD rispetto ad ASD, in coerenza con le disposizioni della Specifica AISC. Tuttavia, il modulo di elasticità non viene ridotto in IDEA StatiCa né per LRFD né per ASD. Pertanto, il rapporto tra rigidezza e resistenza differisce tra i due approcci, con alcune conseguenze nella progettazione. Per l'instabilità, il rapporto limite di instabilità elastica differisce tra LRFD e ASD. Inoltre, nei casi in cui la rigidezza di un collegamento influisce sulla sua resistenza, ad esempio nei collegamenti saldati lunghi, il rapporto tra i carichi applicati massimi ammissibili tra LRFD e ASD può discostarsi da 1,5. La maggior parte degli studi di validazione che confrontano IDEA StatiCa con la Specifica AISC è stata eseguita per LRFD.

IDEA StatiCa implementa le disposizioni per ASD come definite nella Specifica AISC 2022. Le disposizioni della Specifica AISC 2022 per ASD differiscono da quelle degli standard storici, come la Specifica AISC 1989 inclusa nel Manuale AISC 9^a edizione (comunemente noto come "libro verde"). Le disposizioni storiche per ASD erano incentrate sul comportamento elastico e presentavano maggiori differenze rispetto a LRFD. Le disposizioni attuali per ASD sono più coerenti con LRFD, inclusi i calcoli comuni della resistenza nominale.

Materiali in Acciaio Strutturale

La Sezione A3.1 della Specifica AISC include i requisiti per i materiali in acciaio strutturale. In questa sezione, la Tabella A3.1 elenca i materiali specifici che hanno una storia di prestazioni soddisfacenti e sono considerati idonei a comportarsi come previsto dalle disposizioni della Specifica AISC. I materiali elencati includono quelli per profilati laminati con tensione di snervamento fino a 80 ksi e piastre con tensione di snervamento fino a 100 ksi. Materiali diversi da quelli elencati nella Tabella A3.1 sono ammessi quando il loro utilizzo è ritenuto accettabile dall'ingegnere responsabile del progetto. Molti fattori possono influire sull'idoneità dei materiali, tra cui l'uso previsto, le proprietà di resistenza nelle direzioni trasversali, la duttilità e la saldabilità.

Data la ampia verifica di IDEA StatiCa rispetto alle disposizioni della Specifica AISC, i materiali elencati nella Tabella A3.1 possono essere considerati idonei a comportarsi come previsto nel software. L'utilizzo di materiali non elencati nella Tabella A3.1 non è vietato, ma rimane soggetto al giudizio dell'ingegnere responsabile del progetto. Il commento alla Sezione A3.1 della Specifica AISC include una discussione sui fattori che influiscono sull'idoneità dei materiali e una guida per la valutazione dell'idoneità.

Forza di leva

Nei collegamenti bullonati, il contatto tra gli elementi di collegamento può aumentare le forze di trazione oltre quelle dovute ai soli carichi applicati. Questo fenomeno è noto come forza di leva e si verifica solo nei collegamenti con forze di trazione nei bulloni. Il contatto che aumenta le forze nei bulloni si verifica a causa della deformazione dell'elemento di collegamento. Pertanto, la forza di leva è una considerazione di progetto sia per i bulloni che per gli elementi di collegamento.

La rigidezza e la resistenza relative dei bulloni e degli elementi di collegamento controllano il comportamento. Se gli elementi di collegamento sono rigidi rispetto ai bulloni, allora gli elementi di collegamento si deformeranno senza piegarsi e tornare a contatto e non si verificherà alcuna forza di leva. In questo caso, la resistenza dei bulloni controllerà il progetto. Se gli elementi di collegamento sono deboli rispetto ai bulloni, allora gli elementi di collegamento cederanno e impartiranno forze di leva sui bulloni, limitando però anche la forza nei bulloni. In questo caso, la resistenza degli elementi di collegamento controllerà il progetto. Nel caso intermedio, la resistenza dei bulloni e degli elementi di collegamento controllano simultaneamente il progetto.

Le indicazioni per considerare la forza di leva nel progetto sono fornite nella Parte 9 del Manuale AISC. Le equazioni presentate nel Manuale AISC sono state sviluppate per i casi comuni di un profilo a T e angolari dorso a dorso e validate rispetto a dati sperimentali. IDEA StatiCa modella esplicitamente la rigidezza e la resistenza dei bulloni e degli elementi di collegamento, incluso il contatto, pertanto la forza di leva viene naturalmente catturata dall'analisi indipendentemente dalla configurazione specifica. Un confronto tra le equazioni del Manuale AISC e i risultati di IDEA StatiCa è stato eseguito per i collegamenti a T-stub. Un confronto simile con l'approccio di progetto per la forza di leva raccomandato nella Guida ai criteri di progetto per giunti bullonati e rivettati (Kulak et al. 1987) è stato anch'esso eseguito. La forza di leva è trattata in altri esempi di verifica, inclusi quelli per i collegamenti di controvento e i collegamenti a momento con piastra d'estremità estesa.

Compatibilità delle Deformazioni nei Collegamenti Lunghi

Nei collegamenti lunghi con carico applicato alle estremità, la differenza di allungamento tra gli elementi collegati è massima alle estremità del collegamento. Di conseguenza, la tensione nei bulloni e nelle saldature nei collegamenti lunghi con carico applicato alle estremità non è uniforme. Poiché nei calcoli tradizionali è comune assumere una tensione uniforme, la Specifica AISC include riduzioni alla lunghezza delle saldature lunghe con carico applicato alle estremità e alla tensione di taglio nominale dei bulloni. La Sezione J2.2b della Specifica AISC definisce la lunghezza efficace delle saldature d'angolo con carico applicato alle estremità, incluse le riduzioni quando la lunghezza della saldatura supera 100 volte la dimensione della saldatura. I valori della tensione di taglio nominale nella Tabella J3.2 della Specifica AISC includono una riduzione del 10% per tenere conto degli effetti della lunghezza; è richiesta una riduzione aggiuntiva per i collegamenti con carico applicato alle estremità con una lunghezza dello schema di elementi di fissaggio superiore a 38 in.

IDEA StatiCa non implementa queste riduzioni direttamente. Piuttosto, il comportamento sottostante che motiva queste riduzioni viene modellato esplicitamente. IDEA StatiCa modella la rigidezza di bulloni, saldature ed elementi di collegamento, pertanto la distribuzione non uniforme della tensione nei bulloni e nelle saldature emerge naturalmente. Con la resistenza dei bulloni e dei segmenti di saldatura valutata individualmente, la resistenza del collegamento risultante è comparabile a quella ottenuta dai calcoli tradizionali. Un confronto dettagliato tra IDEA StatiCa e i risultati ottenuti dai calcoli tradizionali per i collegamenti lunghi con carico applicato alle estremità è presentato in questo articolo.

Compatibilità delle deformazioni nei gruppi di bulloni e saldature con carico eccentrico

I bulloni e le saldature nei gruppi con carico eccentrico sono soggetti a taglio diretto più taglio aggiuntivo dovuto al momento indotto. La tensione risultante nei bulloni o nelle saldature varia sia in intensità che in direzione da bullone a bullone e da segmento di saldatura a segmento di saldatura. Come descritto nelle Parti 7 e 8 del Manuale AISC, gli ingegneri possono utilizzare il metodo del centro istantaneo di rotazione o il metodo elastico per analizzare gruppi di bulloni o saldature con carico eccentrico. I calcoli con il metodo del centro istantaneo di rotazione vengono tipicamente eseguiti utilizzando i valori tabulati forniti nel Manuale AISC.

In IDEA StatiCa, la resistenza richiesta dei bulloni e dei segmenti di saldatura è determinata dai risultati dell'analisi non lineare. Ogni bullone e segmento di saldatura è modellato individualmente e l'equilibrio è imposto. Le resistenze disponibili sono determinate secondo la Specifica AISC.

Il metodo del centro istantaneo di rotazione è anch'esso basato sull'analisi non lineare, ma esistono differenze fondamentali tra le analisi non lineari del metodo del centro istantaneo di rotazione e IDEA StatiCa. Nel metodo del centro istantaneo di rotazione, gli elementi di collegamento sono assunti rigidi, il che non è il caso di IDEA StatiCa. La risposta forza-deformazione dei bulloni e delle saldature differisce inoltre tra i due metodi. La risposta forza-deformazione utilizzata in IDEA StatiCa per bulloni e saldature è bilineare ed è descritta nel background teorico.

Le differenze generalmente producono resistenze simili o inferiori da IDEA StatiCa, come mostrato in questo articolo sui collegamenti a piastra a mensola. Confronti tra i calcoli tradizionali e IDEA StatiCa per gruppi di bulloni con carico eccentrico sono effettuati anche in questo articolo sui collegamenti a piastra singola a taglio.

Bulloni in combinazione con saldature

La previsione accurata della resistenza è più difficile quando bulloni e saldature condividono il carico su una superficie di contatto comune. La minore duttilità delle saldature rispetto ai bulloni può portare a una frattura fragile prima che venga raggiunta la piena resistenza del bullone. La Sezione J1.8 della specifica AISC consente che bulloni e saldature siano considerati come condividenti il carico solo in determinate circostanze.

Secondo la Sezione J1.8, i bulloni possono essere considerati come condividenti il carico con le saldature solo nella progettazione di collegamenti a taglio su una superficie di contatto comune dove viene considerata la compatibilità delle deformazioni tra bulloni e saldature. La sezione descrive anche un caso con bulloni ad alta resistenza pretesi e saldature a cordone d'angolo longitudinali dove la resistenza nominale può essere determinata come la resistenza nominale allo scorrimento più la resistenza nominale della saldatura. I bulloni e le saldature devono ciascuno supportare una proporzione specificata del carico e si applica un fattore di resistenza ϕ = 0,75 o un fattore di sicurezza Ω = 2,00 al giunto combinato.

Le verifiche di resistenza per bulloni e saldature sono indipendenti in IDEA StatiCa senza una gestione speciale di quando bulloni e saldature condividono il carico. Data la modellazione esplicita della rigidezza di bulloni, saldature, elementi strutturali ed elementi di collegamento, la compatibilità delle deformazioni è sempre considerata in IDEA StatiCa. Quando bulloni e saldature condividono il carico, la resistenza richiesta di ciascuno si basa sulla loro rigidezza relativa e la resistenza disponibile viene calcolata come di consueto. Ciò vale anche per i collegamenti a trazione; pertanto, si raccomanda di non modellare bulloni e saldature come condividenti il carico per i collegamenti a trazione e di fare affidamento solo su uno o sull'altro.

Per illustrare le differenze tra il metodo fornito nella Sezione J1.8 della specifica AISC e IDEA StatiCa, si consideri il collegamento tra piastre soggette a trazione mostrato di seguito.

Secondo la specifica AISC, quando il collegamento è progettato come a scorrimento controllato, la resistenza di progetto dei soli bulloni è ϕR_n = 133 kips (R_n = 133 kips). La resistenza di progetto delle sole saldature è ϕR_n = 290 kips (R_n = 386 kips). Combinando bulloni e saldature, la resistenza totale del collegamento è ϕR_n = 0,75 (133 + 386) = 389 kips poiché tutti i requisiti della Sezione J1.8 per consentire la somma delle resistenze di bulloni e saldature sono soddisfatti.

In IDEA StatiCa, la trazione applicata massima ammissibile è 126 kips quando vengono modellati solo i bulloni e 277 kips quando vengono modellate solo le saldature. La differenza tra la resistenza dei bulloni in IDEA StatiCa e la resistenza di progetto di 133 kips è dovuta al fatto che la trazione nei bulloni si sviluppa nel modello e viene trattata in modo conservativo come trazione applicata in IDEA StatiCa (vedere la voce relativa allo Scorrimento). La differenza tra la resistenza della saldatura in IDEA StatiCa e la resistenza di progetto di 277 kips è dovuta alle sollecitazioni non uniformi lungo la lunghezza della saldatura in IDEA StatiCa. Quando vengono modellati sia bulloni che saldature, la trazione applicata massima ammissibile è 394 kips, con sia i bulloni che le saldature che mostrano il 100% di sfruttamento. Questo valore è strettamente comparabile alla resistenza della specifica AISC di 389 kips.

Se si assume che i bulloni siano di tipo a rifollamento, la resistenza di progetto per i bulloni secondo la specifica AISC è ϕR_n = 245 kips. Sebbene la specifica AISC consenta che i bulloni siano considerati come condividenti il carico con le saldature nei collegamenti a taglio, non fornisce un metodo per valutare la resistenza quando i bulloni non soddisfano i requisiti di un collegamento a scorrimento controllato. Pertanto, sarebbe comune valutare la resistenza di questo collegamento come quella delle sole saldature o ϕR_n = 290 kips.

In IDEA StatiCa, quando i bulloni sono modellati come bulloni a rifollamento e le saldature non sono modellate, la trazione applicata massima ammissibile corrisponde alla resistenza di progetto della specifica AISC di 245 kips. Quando i bulloni sono modellati come bulloni a rifollamento e le saldature sono modellate, la trazione applicata massima ammissibile è 311 kips con la resistenza della saldatura come limite di controllo. Questa resistenza è solo il 12% superiore alla resistenza delle sole saldature secondo IDEA StatiCa. Il leggero incremento di resistenza con l'aggiunta di bulloni a rifollamento è dovuto al fatto che i bulloni sono meno rigidi delle saldature e quindi non attraggono molto carico prima che le saldature raggiungano il 100% di sfruttamento.  

Effetto della Dimensione del Foro

La Sezione J3.3 della Specifica AISC (2022) descrive l'uso di fori standard, sovradimensionati, assolettati corti e assolettati lunghi per bulloni nei collegamenti in acciaio strutturale. I fori standard sono quelli predefiniti in IDEA StatiCa. I fori sovradimensionati possono essere ottenuti modificando il diametro del foro nell'assieme bullone. I fori assolettati possono essere definiti per le piastre nell'editor di piastre.

La dimensione del foro influisce su diversi aspetti del comportamento e alcuni requisiti di progetto sono basati sulla dimensione del foro.

• Il materiale rimosso per i fori dei bulloni influisce sull'area netta. Questo effetto è affrontato esplicitamente in IDEA StatiCa attraverso la definizione del modello a elementi shell per gli elementi e i componenti di collegamento. Tuttavia, il supplemento di 1/16 in. per il danneggiamento richiesto dalla Sezione B4.3b della Specifica AISC non è implementato automaticamente (vedere Determinazione dell'Area Netta)
• La dimensione del foro influisce sulla distanza libera utilizzata per determinare la resistenza allo strappo. Questo effetto è affrontato esplicitamente in IDEA StatiCa calcolando la distanza libera in base alla geometria del materiale collegato e alla direzione della forza nel singolo bullone.
• I fori sovradimensionati non sono ammessi nei collegamenti di tipo a rifollamento. IDEA StatiCa non verifica questo requisito e consentirà l'uso del trasferimento della forza di taglio per rifollamento con fori sovradimensionati.
• Il fattore di resistenza per lo stato limite di scorrimento dipende dal tipo di foro. IDEA StatiCa non regola automaticamente il fattore di resistenza in funzione del tipo di foro. Il fattore di resistenza può essere impostato manualmente nelle Impostazioni normativa.

La dimensione del foro può influire sulla risposta carico-deformazione del bullone. Il modello carico-deformazione del bullone utilizzato in IDEA StatiCa non dipende dalla dimensione del foro, ma il trasferimento del taglio è assunto pari a zero nella direzione longitudinale dei fori assolettati.

Tolleranza di laminazione

La variazione nella lunghezza dell'elemento può comportare differenze significative nelle dimensioni utilizzate nella progettazione del collegamento. In diversi calcoli negli esempi di progettazione AISC, una tolleranza di 1/4 in. viene sottratta da una lunghezza per tenere conto della possibile tolleranza di laminazione. IDEA StatiCa non tiene conto automaticamente della possibile tolleranza di laminazione, ma questa può essere considerata definendo manualmente il collegamento con la tolleranza di laminazione assunta.

Contatto e Attrito

L'acciaio non può fisicamente attraversare l'acciaio, eppure questo è il comportamento predefinito nelle analisi agli elementi finiti. Le superfici di contatto devono essere definite per evitare che il materiale si sovrapponga durante la deformazione. Il contatto superficie-superficie viene definito automaticamente con le operazioni del gruppo di bulloni. Il contatto superficie-superficie può essere definito con l'operazione "Gruppo di bulloni/contatto". Il contatto bordo-bordo o bordo-superficie può essere definito con l'operazione "Saldatura generale o contatto".

Non tutte le potenziali superfici di contatto vengono definite automaticamente da IDEA StatiCa. Pertanto, è importante che l'utente abbia una buona comprensione del comportamento previsto del collegamento e che esamini la forma deformata per confermare che il collegamento sia modellato e si comporti come previsto.

Il cuscinetto di contatto può essere un mezzo efficiente di trasferimento delle forze in un collegamento se il collegamento è stato dettagliato e le superfici sono accuratamente preparate in modo che esista il cuscinetto (Muir 2015). Poiché è necessario un dettaglio speciale per garantire che il cuscinetto di contatto sia efficace, il contatto bordo-bordo e bordo-superficie non viene definito automaticamente in IDEA StatiCa, ma può essere definito manualmente utilizzando l'operazione "Saldatura generale o contatto". I giunti di colonna bullonati sono un esempio in cui la definizione del contatto bordo-bordo tra gli elementi ridurrà le sollecitazioni nei bulloni, risultando in un collegamento più efficiente. L'uso del cuscinetto di contatto può essere efficiente anche in combinazione con le saldature tra colonne e piastre di base. Le saldature, per impostazione predefinita, non sono definite con contatto e quindi vengono verificate anche per le forze di compressione. La combinazione di operazioni di saldatura e contatto può consentire l'uso di saldature più piccole. Le saldature sono rigide e attraggono il carico anche quando combinate con il contatto, ma le sollecitazioni dovute alle forze di compressione raramente supereranno la capacità, anche se la dimensione della saldatura viene ridotta.

L'attrito alle superfici di contatto acciaio-acciaio viene conservativamente trascurato in IDEA StatiCa, ad eccezione dei bulloni designati per trasferire le forze di taglio tramite attrito (ovvero, bulloni a scorrimento controllato). Considerare l'attrito solo quando i bulloni pretesi forniscono la forza di serraggio è tipico anche per i calcoli tradizionali. Tuttavia, alcune differenze nei risultati tra IDEA StatiCa e i calcoli tradizionali possono verificarsi a causa dell'attrito. Ad esempio, la Sezione J3.10 della Specifica AISC definisce un fattore di riduzione da applicare alla resistenza allo scorrimento quando un collegamento a scorrimento controllato è soggetto a trazione e taglio combinati. Il fattore di riduzione si basa sul carico di trazione applicato al collegamento. IDEA StatiCa non ha modo di quantificare quanta parte del carico di trazione in un bullone sia dovuta al carico applicato rispetto ad altre fonti come la forza di leva. Se la forza di leva induce trazione in un bullone a scorrimento controllato, la resistenza allo scorrimento verrà ridotta in IDEA StatiCa. La resistenza allo scorrimento secondo i calcoli tradizionali non verrebbe ridotta. Un'indagine dettagliata di questa differenza è descritta per i collegamenti a T-stub in questo articolo.

Area Netta Determinazione

La Sezione B4.3b dell'AISC Specification (2022) richiede che la larghezza di un foro per bullone sia assunta pari a 1/16 in. maggiore della dimensione nominale del foro nel calcolo dell'area netta a trazione o a taglio. L'applicazione di questo requisito riduce l'area netta per tenere conto dei possibili danneggiamenti attorno al foro durante le operazioni di foratura o punzonatura. Questo requisito influisce sugli stati limite quali la rottura per trazione della sezione netta e la rottura per taglio a blocco, ma non influisce sullo stato limite di tearout in corrispondenza dei fori per bullone.

In IDEA StatiCa, le bullonerie predefinite hanno un diametro del foro pari alla dimensione nominale del foro. Pertanto, sebbene sia possibile aggiungere manualmente 1/16 in. al diametro del foro modificando la bulloneria, questo requisito non viene gestito automaticamente in IDEA StatiCa. Se il diametro del foro della bulloneria viene aumentato, il diametro aumentato si applicherà a tutti gli aspetti dell'analisi, inclusa la valutazione del tearout. Ulteriori informazioni su come la dimensione del foro influisce sui risultati in IDEA StatiCa sono disponibili nella voce relativa all'Effetto della Dimensione del Foro.

La Sezione B4.3b dell'AISC Specification (2022) include anche disposizioni per la determinazione dell'area netta quando una serie di fori per bullone si estende attraverso un elemento secondo una linea diagonale o a zigzag. In questi casi, la larghezza netta dell'elemento si ottiene sottraendo dalla larghezza lorda la somma dei diametri (incluso 1/16 in. per il danneggiamento) di tutti i fori nella serie, e aggiungendo, per ogni passo trasversale nella serie, il termine s²/4g, dove

g = interasse trasversale (passo trasversale) tra le linee di bulloni

s = interasse longitudinale (passo longitudinale) tra due fori per bullone consecutivi

La larghezza netta risultante è diversa dalla lunghezza della superficie di rottura (ovvero la linea tratteggiata rossa nella figura seguente) e tiene conto della combinazione di trazione e taglio lungo il piano inclinato. Poiché IDEA StatiCa non calcola esplicitamente l'area netta, le disposizioni sulla larghezza netta non sono implementate nel software. Tuttavia, la possibilità di rottura lungo una linea diagonale o a zigzag di bulloni, inclusa l'interazione tra trazione e taglio lungo il piano inclinato, è colta esplicitamente mediante la modellazione degli elementi collegati.

L'effetto dello sfalsamento delle linee di bulloni può essere osservato in un semplice collegamento a giunzione. Una piastra di prova è imbullonata tra due piastre di reazione e caricata a trazione. Lo spessore della piastra di prova è 1/2 in. e lo spessore di ciascuna piastra di reazione è 3/8 in. Tutte le piastre hanno larghezza 6 in. e sono conformi all'ASTM A572 Gr 50 (F_y = 50 ksi, F_u = 65 ksi). Il collegamento ha (6) bulloni A325 di diametro 7/8 in. disposti su due linee sfalsate. L'interasse tra i bulloni su una linea è 3 in., il passo trasversale, g, è 3 in., e la distanza dal bordo è 1,5 in. L'entità dello sfalsamento tra le due linee di bulloni è misurata dalla dimensione s.

Una vista tridimensionale del collegamento con s = 1,5 in. è mostrata nella figura seguente.

Sono state eseguite analisi per collegamenti con dimensione s variabile da zero (ovvero, nessuno sfalsamento) a 3 in. con incrementi di 0,5 in. La resistenza secondo l'AISC Specification è stata calcolata utilizzando le disposizioni della Sezione B4.3b. Lo stato limite di rottura per trazione lungo la linea a zigzag mostrata come linea tratteggiata rossa nella figura precedente ha governato per tutti i casi. La resistenza secondo IDEA StatiCa è stata determinata in modo iterativo mediante analisi tensione-deformazione, regolando il carico applicato in ingresso a un valore che il programma considera sicuro, ma che se aumentato di una piccola quantità (0,1 kip) il programma considererebbe non sicuro. Il limite del 5% di deformazione plastica ha governato per tutti i casi. I risultati delle analisi sono mostrati nella figura seguente.

I risultati dell'AISC Specification mostrano una chiara tendenza all'aumento della resistenza con la dimensione s. I risultati di IDEA StatiCa mostrano una minore sensibilità alla dimensione s e la resistenza è maggiore di quella dell'AISC Specification per tutti i casi tranne quello con s = 3 in. Tuttavia, il previsto schema di rottura a zigzag è catturato dal modello, come dimostrato nella figura seguente che mostra la deformazione plastica nella piastra di prova al massimo carico applicato consentito.

Requisiti di Dimensionamento delle Saldature a Cordone d'Angolo

La Sezione J2.2b della Specifica AISC (2022) include limitazioni per le saldature a cordone d'angolo.

I punti (a)-(c) della Sezione J2.2b specificano limitazioni geometriche sulla dimensione e la lunghezza minima delle saldature a cordone d'angolo. Queste limitazioni vengono verificate durante il calcolo se l'opzione "Detailing" è selezionata nel "Code setup". Le specifiche limitazioni verificate sono descritte in questo articolo. Una saldatura non supererà la verifica normativa a causa di un errore di dettaglio se una qualsiasi limitazione non è soddisfatta. Le dimensioni prossime o al limite potrebbero non essere valutate come previsto a causa della precisione numerica o dell'arrotondamento.

Il punto (d) della Sezione J2.2b specifica la lunghezza efficace delle saldature a cordone d'angolo, incluse le riduzioni per le saldature a cordone d'angolo caricate assialmente di grande lunghezza. IDEA StatiCa non calcola la lunghezza efficace per le saldature a cordone d'angolo e quindi non applica le indicazioni di questa disposizione, ma l'effetto della distribuzione non uniforme delle tensioni sulla resistenza delle saldature a cordone d'angolo caricate assialmente è catturato attraverso la modellazione esplicita della rigidezza della saldatura e del materiale collegato. Vedere questo articolo per un'indagine dettagliata di questa disposizione.

I punti (e)-(i) della Sezione J2.2b specificano limitazioni che non sono verificate da IDEA StatiCa e, se applicabile, devono essere valutate separatamente dall'ingegnere.

Spessore di parete di progetto per HSS

La Sezione B4.2 della Specifica AISC (2022) richiede che lo spessore delle pareti sia assunto come spessore di parete di progetto, t, nei calcoli di resistenza per le sezioni cave strutturali (HSS). Lo spessore di parete di progetto è uguale allo spessore nominale, t_nom, per le sezioni box e le HSS prodotte secondo ASTM A1065/A1065M o ASTM A1085/A1085M. Lo spessore di parete di progetto è uguale a 0,93 volte lo spessore nominale della parete (ovvero, t = 0,93t_nom) per altri standard approvati per l'uso dalla Specifica, incluso ASTM A500/A500M. ASTM A500 Gr. C è la specifica di materiale preferita negli Stati Uniti per le HSS rettangolari e circolari (Tavarez 2022).

IDEA StatiCa non regola automaticamente lo spessore della parete delle sezioni trasversali HSS in base al materiale. Pertanto, l'utente deve essere consapevole di questo requisito e assicurarsi che venga assegnato lo spessore corretto.

Quando si definisce la sezione trasversale in IDEA StatiCa, le sezioni trasversali predefinite nella categoria denominata "HSS (AISC 15.0 - A1085, A1065)" hanno uno spessore della parete uguale allo spessore nominale della parete, mentre quelle nella categoria denominata "HSS (AISC 15.0 - A500, A501, A618, A847)" hanno uno spessore della parete uguale a 0,93 volte lo spessore nominale della parete.

Riferimenti

AISC (2022), Specification for Structural Steel Buildings, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

AISC (2023), Steel Construction Manual, 16^a Edizione, American Institute of Steel Construction, Chicago, IL.

Dowswell, B. (2011). "A Yield Line Component Method for Bolted Flange Connections." Engineering Journal, AISC, 48(2° trimestre), 93–116.

Dowswell, B. (2015). "Plastic Strength of Connection Elements." AISC Engineering Journal, 52(1° trimestre), 47–66.

Eatherton, M. R., and Murray, T. M. (2023). End-Plate Moment Connections. Design Guide 39, American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois.

Kulak, G. L., Fisher, J. W., and Struik, J. H. A. (1987). Guide to Design Criteria for Bolted and Riveted Joints, Second Edition. John Wiley & Sons, Inc.

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Muir, L. (2015), "Bear It and Grin" Modern Steel Construction, AISC. (Dicembre).

Mohr, B. A., and Murray, T. M. (2008). "Bending Strength of Steel Bracket and Splice Plates." Engineering Journal, AISC, 45(2), 97–106.

Tavarez, J. (2022), "Are You Properly Specifying Materials?" Modern Steel Construction, AISC. (Giugno), 16-22.