Progetto dei collegamenti in acciaio: i diversi approcci di calcolo

Progetto dei collegamenti in acciaio: i diversi approcci di calcolo

Collegamenti in acciaio

Il progetto dei collegamenti in acciaio è da sempre uno dei temi più dibattuti e delicati.

In questo approfondimento cerchiamo di fare chiarezza su quali sono i due principali approcci messi a disposizione del progettista.

Prima di entrare nello specifico è bene sottolineare l’importanza dei nodi nelle strutture metalliche. Molto spesso il progettista mette in secondo piano questo aspetto, ponendo la maggior parte dell’attenzione sul dimensionamento del telaio.

In realtà, è stato ampiamente dimostrato, che un’errata progettazione o realizzazione dei collegamenti è una delle principali cause di crollo nelle strutture in acciaio.

Un sottodimensionamento del telaio non è detto che comporti necessariamente un collasso della struttura. I fattori parziali di sicurezza previsti dalle normative attuali sono abbastanza restrittivi, inoltre il progetto agli stati limite è basato su un metodo semi-probabilistico che tiene conto della probabilità che i carichi siano contemporaneamente agenti sulla struttura.

Non c’è alcun dubbio sul fatto che il nodo metallico sia la parte più fragile del telaio, sulla quale i margini di errore diventano minimi. È evidente che, se per quanto riguarda l’errato montaggio o posizionamento del collegamento le responsabilità vadano attribuite all’impresa ed al direttore dei lavori, per quanto riguarda l’aspetto puramente legato al dimensionamento è il progettista il diretto interessato.

Sono due i principali approcci che può utilizzare il progettista: l’utilizzo di formulazioni documentate in letteratura oppure l’analisi a elementi finiti del nodo. Vediamoli in dettaglio con i relativi vantaggi/svantaggi.

Collegamenti in acciaio

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Collegamenti in acciaio: primo approccio

Il primo metodo è quello più semplice e si basa sulle verifiche formulate in letteratura.

È probabilmente il metodo più diffuso, ma anche quello più semplificato, si basa sull’ipotesi di conservazione delle sezioni piane. La maggior parte dei software commerciali utilizza la formulazione semplificata o mette a disposizione dei fogli di calcolo per il dimensionamento dei collegamenti standard.

Il vantaggio di questa applicazione è legato alla semplicità di calcolo, l’onere computazionale è praticamente nullo ed è relativamente facile ottenere un riscontro manuale del calcolo eseguito.

Lo svantaggio è quello di limitare il raggio di azione a collegamenti “standard” ed un posizionamento limitato dei vari componenti (flange, bulloni, squadrette), oltre alle ipotesi semplificate che stanno alla base del metodo.

PRO_SAP consente di studiare una galleria di collegamenti standard sfruttando questo approccio. PRO_SAP verifica automaticamente:

  • bulloni
  • saldature
  • piastre
  • squadrette
  • profilo indebolito
  • flange
  • tirafondi

Per ogni nodo è disponibile la relazione di calcolo e il disegno in formato DXF del nodo progettato.

Collegamenti in acciaio

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Collegamenti in acciaio: secondo approccio

Il secondo approccio è lo studio del collegamento agli elementi finiti, questo consente di sfruttare solutori dedicati per eseguire analisi lineari e non lineari schematizzando il nodo con una mesh di elementi in 3D.

Si tratta di un metodo più complesso in termini di onere computazionale, ma che fornisce un risultato in termini di tensioni-deformazioni che consente di ampliare la galleria delle applicazioni anche al di là dei nodi più “standard”.

Il vantaggio di questo tipo di studio, infatti, è legato al fatto che non ci sono limiti di modellazione, trattandosi di un calcolo FEM la gamma di unioni/connessioni disponibile diventa praticamente illimitata.

Lo svantaggio è legato agli oneri computazionali che diventano gravosi, lo studio di un singolo nodo può comportare elevati tempi di elaborazione. Inoltre questo metodo diventa difficilmente governabile da parte dell’utente, basti pensare a quanto possa essere complesso avere un riscontro con un calcolo manuale, pertanto bisogna affidarsi a software consolidati o avere una certa “sensibilità” progettuale che consenta di evitare di incorrere in errori macroscopici.

In un ottica di interoperabilità e in analogia a quanto fatto dai più diffusi software di calcolo strutturale internazionali, in PRO_SAP sono stati implementati i plugin PRO_CSE e PRO_IDEA che consentono di estenderne le funzionalità interfacciandosi in output con i software più diffusi sul mercato per il calcolo delle connessioni in acciaio agli elementi finiti: C.S.E. sviluppato e distribuito da Castalia e IDEA Connection distribuito da Eiseko.

Collegamenti in acciaio

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Collegamenti in acciaio

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L’autore dell’articolo è l’ing. Mirco Basaglia – 2S.I. Software e Servizi per l’Ingegneria.

 

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