DIN EN 1993-1-8 [3] fornisce un modello per il calcolo e la classificazione della rigidezza del collegamento e gestisce la modellazione risultante del giunto semirigido nel modello strutturale.
Nella pratica, i collegamenti a momento sono solitamente definiti come rigidi nel modello strutturale per la determinazione delle azioni interne. Le caratteristiche momento-rotazione del collegamento non sono quindi considerate nella determinazione delle forze interne. Nella maggior parte dei casi devono essere considerati, tuttavia, a seconda della rigidezza della struttura, secondo le norme nell'analisi strutturale.
Nel testo seguente, l'effetto dello scorrimento del collegamento sui risultati della verifica delle strutture intelaiate sarà mostrato in un esempio.
Sistema della struttura
Si tratta di un telaio a due cerniere con una campata di 15,0 m e un'altezza di 6,0 m più un sottotetto di 0,8 m.
Per la prima fase di progettazione con collegamenti rigidi, vengono applicate le sezioni trasversali mostrate nella Figura 01. Verrà utilizzato l'acciaio strutturale S235 secondo DIN EN 1993-1-1 [2].
CC/ CO
Questo sarà calcolato con le seguenti ipotesi di carico semplificate:
- Larghezza del carico (distanza dal telaio) = 5,00 m
- Peso proprio della struttura di copertura g = 0,40 kN/m²
- Carico da neve s = 1,30 kN/m²
- Carico del vento sulle pareti w = 0.60 kN/m² (cp = 0.8 e -0.5)
- Imperfezioni (nel piano del telaio) secondo DIN EN 1993-1-1
Verifica SLU con giunto a telaio rigido
Il calcolo delle azioni interne nel piano del telaio è eseguito secondo un'analisi del II ordine con considerazione delle imperfezioni (inclinazione e monta). L'inviluppo della forza interna My è mostrato nell'immagine 02.
Per la verifica della trave con RF-/STEEL EC3, un vincolo laterale e torsionale alle estremità dell'asta e un vincolo laterale del corrente superiore sono applicati ai punti di divisione di un terzo.
La verifica del giunto del telaio viene eseguita con RF-/JOINTS Steel – DSTV. Verranno utilizzati i tipi IH3.1 e M20. Nessuna verifica del collegamento secondo [1] è possibile con le forze interne esistenti.
Pertanto, la sezione della trave deve essere aumentata a IPE 500 e i collegamenti devono essere selezionati come mostrato nell'immagine 01 per analizzare lo stato limite di esercizio.
Verifica SLU con giunto semi-rigido
La necessità di considerare la legge momento-rotazione nell'analisi strutturale risulta dalla classificazione del collegamento secondo DIN EN 1993-1-8.
Per un telaio mobile, la classificazione "deformabile" si applica se:
Per il collegamento attualmente progettato IH 3.1 E 50 20 6xM20 10.9 (vedere la Figura 01) senza irrigidimento e la colonna HE-B 240, ciò risulta in:
La rigidezza della struttura è calcolata secondo EN 1993-1-8, sezione 5.2.2.5 come segue:
Il collegamento può quindi essere classificato come deformabile:
3.374 kNm/rad < Sini = 72.270 kNm/rad < 168.700 kNm/rad
A causa della prevista ridistribuzione delle forze interne al momento della campata, ora è possibile tentare di nuovo un calcolo e una verifica con l'IPE 450 originale.
Il calcolo delle forze interne nel piano del portale è eseguito secondo un'analisi del secondo ordine con considerazione delle imperfezioni (inclinazione e monta) e della relazione momento-rotazione del collegamento. L'applicazione viene eseguita secondo DIN EN 1993-1-8 Sez. 5.1.2(4), semplificato con una molla rotazionale lineare con Sj,ini/2. L'inviluppo della forza interna My è mostrato nell'immagine 04.
A causa della considerazione della rigidezza rotazionale, si traduce in una riduzione dei momenti agli angoli di circa il 10%. La verifica del collegamento con RF-/JOINTS Steel – DSTV risulta in una verifica positiva per il tipo IH 3.1 E 45 20 6xM20 8.8. La sezione originale IPE 450 può anche essere progettata come sufficientemente resistente (vedi Figura 05).
Verifica SLE con giunto a telaio rigido
Si eseguirà la verifica solo degli spostamenti orizzontali. Il valore limite è definito con wh,max = h/150 = 680/150 = 4,53 cm.
A causa del livello di carico più piccolo per il SLE, si può presumere che i momenti siano inferiori a 2/3 Mj,Ed e quindi, la rigidezza elastica iniziale del collegamento può essere applicata per l'analisi degli spostamenti generalizzati. Questo può essere fatto modificando la rigidezza per le combinazioni di carico rilevanti nei parametri di calcolo (vedere la Figura 06).
Applicando Sj,ini, si ottengono deformazioni nella direzione X di 4,73 cm (vedi Figura 07).
La verifica quindi è come segue:
wex/Wh,max = 4,73/4,53 = 1,04
Conclusione
La considerazione delle caratteristiche momento-rotazione del collegamento si traduce in una visualizzazione più realistica della struttura e in una progettazione più economica con un risparmio di materiale di circa il 10% in questo esempio.
Inoltre, per la verifica allo stato limite di esercizio nel senso di una verifica economica, è necessario applicare la rigidezza elastica iniziale per le rispettive combinazioni di carico quando si esegue l'analisi degli spostamenti generalizzati.