Rigidezza del collegamento e suo utilizzo nell'analisi globale

Il diagramma momento-rotazione è uno degli output dell'applicazione Connection di IDEA. Fornisce un comportamento abbastanza accurato di un particolare giunto per un particolare carico statico. Ma cosa succede se ci sono diversi tipi di carico? Se questo carico viene superato e si verificano significative deformazioni plastiche? Se ci sono tolleranze di fabbricazione relativamente elevate?

Classificazione

L'aspetto più importante è l'effetto su:

1. Le forze interne nella struttura, sia negli elementi che nei giunti (stato limite ultimo)
2. Le deformazioni (stato limite di esercizio)

L'Eurocode EN 1993-1-8:2005 affronta questa questione nel Capitolo 5. I giunti trave-colonna sono classificati in base alla rigidezza iniziale come:

• Cernierati - il giunto non trasmette alcun momento flettente
• Semi-rigidi - il giunto trasferisce alcuni momenti flettenti e il suo comportamento deve essere preso in considerazione nell'analisi globale
• Rigidi - il giunto non ha effetto sull'analisi, gli elementi sono collegati rigidamente tra loro

Si può notare che la norma non menziona i giunti a sbalzo. Ciò è dovuto al fatto che la classificazione non è importante. Il giunto a sbalzo deve sempre trasferire il momento flettente completo.

Giunti nell'analisi globale

Nessun giunto è idealmente cernierato o rigido, ma i limiti di classificazione al punto 5.2.2.5 sono stati definiti per limitare l'errore a:

• 5% per le forze interne 
• 20% per le deformazioni

Questo possibile errore è illustrato nella figura seguente con l'esempio di una trave collegata a una colonna su entrambe le estremità. La curva blu mostra il momento flettente ai giunti e la curva rossa il momento flettente in mezzeria della trave. Le forze interne non cambiano quasi nelle regioni cernierata e rigida, ma cambiano rapidamente nella regione semi-rigida. Si noti anche la scala logaritmica per la rigidezza flessionale. Ciò significa che la rigidezza può variare anche di 100 volte e avrà un effetto molto ridotto se il giunto rimane nella regione rigida o cernierata.

Tutto ciò significa che possiamo utilizzare un giunto rigido o cernierato nell'analisi globale senza preoccuparci della sua rigidezza reale.

Ma cosa fare per i giunti semi-rigidi?

IDEA StatiCa mostra il comportamento del giunto come se fosse nuovo e caricato una sola volta con un particolare caso di carico. Ma ci sono molte incertezze. Il giunto potrebbe aver subito alcune deformazioni plastiche in passato, potrebbe essere arrugginito e i lavoratori potrebbero aver utilizzato metodi non ortodossi per assemblare il giunto ed eliminare le tolleranze di fabbricazione. Per i giunti semi-rigidi, la rigidezza iniziale viene utilizzata nell'analisi globale solo se M_j,Ed non supera mai 2/3 M_j,Rd nell'intera vita utile della struttura. Ciò accade raramente, ma può essere il primo passo per determinare M_j,Ed. Se il momento flettente di progetto supera 2/3 M_j,Rd in qualsiasi caso di carico, la rigidezza iniziale ridotta dal fattore \(\eta\) della Tabella 5.2 deve essere utilizzata nell'analisi globale:

Riepilogo

Nella maggior parte dei casi, la rigidezza iniziale (non la rigidezza secante) fornita come output da IDEA StatiCa Connection deve essere utilizzata nell'analisi globale. La rigidezza iniziale assunta a 2/3 M_j,Rd viene utilizzata per la classificazione del giunto.

• Giunti rigidi - mantenere gli elementi uniti nel nodo
• Giunti cernierati - aggiungere una cerniera perfetta
• Giunti semi-rigidi:
  • M_j,Ed < 2/3 M_j,Rd - utilizzare S_j,ini
  • M_j,Ed > 2/3 M_j,Rd - utilizzare S_j,ini / \(\eta\)

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• 0035_Joint stiffness and its influence on design of steel structural elements EN 3.pdf (PDF, 489 kB)