La 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. Quindi, la relazione momento-rotazione della connessione non viene considerata nella determinazione delle caratteristiche della sollecitazione. In molti casi comunque, secondo le norme è necessario considerarla nell'analisi strutturale in funzione della rigidezza della struttura.
Di seguito, si illustrerà con un esempio pratico l'effetto dello scorrimento del collegamento sulle verifiche di strutture in acciaio.
Sistema
Si prende in esame un telaio incernierato con una luce di 15 m e un'altezza di 6 m più un attico di 0,8 m.
Per il primo step con collegamenti rigidi, sono applicate le sezioni trasversali mostrate in figura 01. Si utilizzerà acciaio strutturale S235 secondo DIN EN 1993-1-1 [2].
CC/ CO
Sarà calcolato con le seguenti ipotesi:- 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
- Pareti del carico del vento w = 0,60 kN/m² (cp = 0,8 e -0,5)
- Imperfezioni (nel piano del telaio) secondo DIN EN 1993-1-1
Verifica allo SLU con giunto 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 nella figura 02.
Per la verifica della trave con RF-/STEEL EC3, un vincolo laterale e torsionale alle estremità dell'asta e un vincolo laterale della corrente superiore sono applicati in un terzo dei punti di divisione.
La verifica del giunto è eseguita con RF-/JOINTS Steel - DSTV. Verranno utilizzati i tipi IH3.1 e M20. Nessun progetto del collegamento secondo [1] è possibile con le forze interne esistenti.
Quindi, per la sezione della trave si deve passare ad una IPE 500 e i collegamenti devono essere selezionati come mostrato in figura 01 per analizzare lo stato limite di esercizio.
Verifica allo 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 corrente IH 3.1 E 50 20 6xM20 10.9 (figura 01) senza irrigidimenti e la colonna HE-B 240, risulta:
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 la DIN EN 1993-1-8 sec. 5.1.2 (4), semplificato con una molla rotazionale lineare con Sj, ini/2. L'inviluppo della forza interna My è mostrato nella figura 04.
A causa della rigidezza alla rotazione, risulta una riduzione dei momenti agli angoli del 10% circa. La verifica del collegamento con RF-/JOINTS Steel - DSTV risulta positiva per IH 3.1 E 45 20 6xM20 8.8. La sezione di partenza IPE 450 può anch'essa essere verificata come sufficientemente resistente (figure 05).
Progetto SLS 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 SLS, si può supporre che i momenti siano inferiori a 2/3 Mj, Ed e quindi, la rigidezza elastica iniziale del collegamento può essere applicata per l'analisi di deformazione. È possibile farlo modificando la rigidezza per le combinazioni di carico pertinenti nei parametri di calcolo (figura 06).
Es ergeben sich unter Ansatz von Sj,ini Verformungen in X-Richtung von 4,73 cm (siehe Bild 07).
La verifica quindi è come segue:
wex/Wh, max = 4.73/4.53 = 1.04
Conclusione
La considerazione della relazione momento-rotazione del collegamento assicura un comportamento più realistico della struttura e un risparmio di materiale del 10% circa.
Inoltre, per la verifica allo stato limite di esercizio per questioni economiche, è necessario applicare la rigidezza elastica iniziale per le combinazioni di carico durante l'analisi delle deformazioni.
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