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2026-06-23

Analisi delle sezioni in acciaio ad alta resistenza e dei collegamenti con piastra di estremità tramite il componente aggiuntivo Steel Joints per RFEM

Questo studio presenta il progetto di un giunto in acciaio come implementato in RFEM per l'analisi di collegamenti in acciaio ad alta resistenza comprendenti sezioni profilate e piastre di estremità. Il comportamento strutturale e la capacità portante di questi giunti sono valutati rispetto alle prescrizioni di progetto dell'Eurocodice 3 (EC3) e successivamente confrontati con le previsioni di un modello agli elementi finiti sviluppato in RFEM, quest'ultimo essendo stato validato rispetto a dati di prove sperimentali in lavori precedenti.

Modello analitico

Questo studio adotta i criteri di progetto specificati nella EN 1993-1-8 per la valutazione della resistenza dei bulloni (taglio e trazione) e della resistenza delle piastre (rifollamento e taglio da punzonamento), utilizzando le formulazioni agli stati limite fornite nella Tabella 3.4.

La resistenza di progetto del T-stub equivalente viene valutata indipendentemente per la piastra di estremità e per la flangia della colonna. Per ciascuna componente, la resistenza di progetto governante, F_T,Rd, è definita come il valore minimo derivato da tre potenziali meccanismi di collasso.

F_{T, R d} = m i n (F_{T 1, R d}, F_{T 2, R d}, F_{T 3, R d})

Resistenza di Progetto Determinate

La resistenza individuale per ciascuna modalità è calcolata sulla base della capacità a momento plastico della flangia (M_pl,1,Rd e M_pl,2,Rd) e della resistenza a trazione del gruppo di bulloni (∑F_t,Rd). Queste modalità considerano lo snervamento completo della flangia (Modalità 1), la rottura del bullone associata allo snervamento della flangia (Modalità 2) e la pura frattura del bullone (Modalità 3).

Modalità di rottura:

F_{T 1, R d} = \frac{(8 n - 2 e_{w}) * M_{p l, 1, R d}}{2 m n - e_{w} * (m + n)}

Snervamento Completo della Flangia

F_{T 2, R d} = \frac{2 M_{p l, 2, R d} + n (\sum F_{t, R d})}{(m + n)}

Cedimento del bullone combinato con snervamento dell'ala

F_{T 3, R d} = \sum F_{t, R d}

Pure Bolt Fracture

Momenti resistenti plastici:

M_{p l, 1, R d} = \frac{0.25 \sum l_{e f f, 1} * t_{f}^{2} * f_{y}}{γ_{M O}}

Momenti Plastici di Resistenza. Parte 1

M_{p l, 2, R d} = \frac{0.25 \sum l_{e f f, 2} * t_{f}^{2} * f_{y}}{γ_{M O}}

Momenti Plastici di Resistenza. Parte 2

Schema che illustra le tre modalità di rottura di un collegamento a T-stub: Modalità 1 completa plasticizzazione dell'ala, Modalità 2 rottura combinata del bullone e plasticizzazione dell'ala, e Modalità 3 rottura pura del bullone.

1 Modalità di rottura del T-stub

Dettagli geometrici del collegamento trave-colonna

In linea con la pratica costruttiva standard, tutti gli elementi di trave e colonna sono stati realizzati in acciaio S355, Q690 e Q960, mentre le piastre di estremità hanno utilizzato i gradi a più alta resistenza Q690 e Q960. Le configurazioni geometriche, incluse le disposizioni della piastra di estremità e del gruppo di bulloni, sono mostrate nelle Immagini 2 e 3 e nella corrispondente matrice di test sperimentali.

Il provino JD1 (S355) ha utilizzato una sezione di colonna HEM 300. Per valutare le prestazioni di una gerarchia colonna debole/trave forte, è stata mantenuta una sezione di trave uniforme HEA 320 insieme a piastre di estremità S690 di spessore 10 mm. JD2 è stato realizzato in acciaio Q690 e JD3 in acciaio Q960. Le sezioni di trave e colonna erano H300×180×10×12 e H340×200×10×12 per JD2, e H250×180×10×12 e H300×200×10×12 per JD3. Sono stati utilizzati bulloni M24 classe 8.8 e M27 classe 10.9.

Diagramma tecnico che illustra la configurazione della piastra di estremità e dei bulloni per il collegamento JD1, mostrando posizioni dei bulloni, dimensioni e interassi per la progettazione di acciaio strutturale.

2 Configurazione piastra di estremità/bullone di JD1

Disegno tecnico che mostra la piastra d'estremità e la configurazione dei bulloni per i collegamenti JD2 e JD3, con dettaglio di dimensioni, classi dei bulloni e disposizione delle file.

3 Configurazione Piastra di Estremità/Bulloni di JD2 e JD3

Discussione

Soluzione Giunti acciaio per RFEM

Questo studio presenta un'indagine sperimentale e numerica sulle prestazioni strutturali di tre collegamenti trave-colonna con piastra di estremità estesa in acciaio ad alta resistenza.

Il programma sperimentale è stato integrato da una caratterizzazione mirata del T-stub e da un'analisi agli elementi finiti (EF) ad alta fedeltà. La progettazione del collegamento è stata completamente integrata nel modello strutturale principale utilizzando l'add-on Giunti acciaio basato su EF per RFEM 6. Dopo la validazione rispetto ai dati sperimentali e la verifica nell'ambito dell'Eurocodice 3 (EC3), i modelli EF sono stati impiegati per ottenere una comprensione dettagliata dei meccanismi di deformazione localizzata. Le Immagini 4 e 5 e le Tabelle 1 e 2 presentano il confronto di momento resistente e rigidezza tra i risultati sperimentali, l'add-on Giunti acciaio in RFEM e l'EC3, mentre la Tabella 3 riassume le modalità di rottura osservate.

Un grafico a barre confronta la capacità di momento in kNm per tre configurazioni di giunti in acciaio (JD1, JD2, JD3) sulla base di dati sperimentali, dell'analisi RFEM Steel Joints e degli standard di progettazione EC3.

4 Confronto del Momento Resistente – Sperimentale vs. Giunti in Acciaio in RFEM e EC3

Grafico a barre che confronta i valori di rigidezza iniziale ottenuti da esperimenti, analisi del giunto in acciaio con RFEM e calcoli secondo EC3 per tre diverse configurazioni del giunto.
Achte im Englischen insbesondere auf korrekte Kleinschreibung bei Wörtern, die offensichtlich keine Eigennamen sind.

5 Confronto della Rigidezza – Sperimentale vs. Giunti in Acciaio in RFEM e EC3

Tabella 1: Confronto del Momento Resistente – Sperimentale vs. Giunti acciaio in RFEM e EC-3 | Capacità a Momento (kNm)
Provini	Esperimento	Giunti acciaio in RFEM	EC3	EC3/RFEM
JD1	188,00	199,60	184,00	0,92
JD2	313,89	310,26	292,03	0,94
JD3	267,82	263,25	280,40	1,07

Tabella 2: Confronto della Rigidezza – Sperimentale vs. Giunti acciaio in RFEM e EC3 | Rigidità Iniziale S_j,ini (MNm/rad)
Provini	Esperimento	Giunti acciaio in RFEM	EC3	EC3/RFEM
JD1	19,90	10,00	34,30	1,72
JD2	26,27	29,00	68,82	2,37
JD3	17,36	20,60	47,46	2,30

Tabella 3: Modalità di Rottura
Provini	EC-3	Giunti acciaio in RFEM	Esperimento
JD1	Piastra di estremità e bullone	Piastra di estremità e bulloni fila 1 e 2	Piastra di estremità e bulloni fila 1 e 2
JD2	Piastra di estremità e bullone	Piastra di estremità e bulloni fila 1 e 2	Piastra di estremità e bulloni fila 1 e 2
JD3	Piastra di estremità e bullone	Piastra di estremità e bulloni fila 1 e 2	Piastra di estremità e bulloni fila 1 e 2

Risultati dell'analisi che mostrano le tensioni equivalenti di von Mises e le deformazioni plastiche equivalenti per un modello di giunto in acciaio, visualizzati mediante diagrammi di superficie con codifica a colori.

6 Tensioni equivalenti e Deformazione plastica del Modello JD1

Risultati dell'analisi agli elementi finiti che mostrano le tensioni equivalenti di von Mises e le deformazioni plastiche per un modello di giunto in acciaio. La visualizzazione mostra la distribuzione delle tensioni e la deformazione plastica localizzata nell'area di connessione sotto carico applicato.

7 Tensioni equivalenti e Deformazione plastica del modello JD2

8 Tensioni equivalenti e Deformazione plastica del modello JD3

Tabella che mostra i rapporti di verifica di progetto per i componenti di piastra, bullone e saldatura insieme ai valori calcolati di rigidezza rotazionale per un collegamento strutturale di giunto.

9 Tasso di lavoro e rigidezza rotazionale del modello JD1

Tabella che mostra le verifiche di progetto allo stato limite ultimo per i componenti di piastra, bullone e saldatura, inclusi i valori calcolati della rigidezza rotazionale per le aste collegate.

10 Tasso di lavoro e rigidezza rotazionale del modello JD2

Tabella che mostra i rapporti di verifica per piastre, bulloni e cordoni di saldatura, insieme ai valori calcolati di rigidezza rotazionale per gli elementi del giunto in un'analisi strutturale.

11 Tasso di lavoro e rigidezza rotazionale del modello JD3

Conclusioni

Tre giunti bullonati con piastra di estremità (JD1–JD3) sono stati studiati confrontando gli esperimenti con il modello RFEM Giunti acciaio e il calcolo manuale secondo EC3. Per quanto riguarda il momento resistente, tutti e tre i metodi hanno mostrato un buon accordo. RFEM ha corrisposto strettamente ai risultati sperimentali (entro circa il 6%), mentre EC3 ha fornito valori sicuri e leggermente conservativi. EC3 può quindi essere considerato affidabile per la progettazione della resistenza.

La differenza principale è emersa nella rigidità iniziale. RFEM ha fornito valori ragionevoli, ma EC3 ha notevolmente sovrastimato la rigidezza di ogni giunto — circa da 1,7 a 2,7 volte i valori misurati. La rigidezza secondo EC3 dovrebbe quindi essere utilizzata con cautela, specialmente nelle verifiche di esercizio e di deformazione.

Per quanto riguarda le modalità di rottura, RFEM ha previsto correttamente quanto osservato nelle prove (snervamento della piastra di estremità con rottura di entrambe le file di bulloni), mentre EC3 ha previsto una modalità più semplice con un singolo bullone. In sintesi, RFEM è uno strumento affidabile per prevedere resistenza, rigidezza e modalità di rottura del giunto e può ridurre la necessità di prove sperimentali. EC3 è sicuro per la resistenza ma tende a sovrastimare la rigidezza.

Bibliografia

Comitato Europeo di Normazione (CEN). (1993). Eurocodice 3. Progettazione delle strutture in acciaio Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti (EN 1993-1-8). Bruxelles, CEN.
Qiang, X., Wu, N., Luo, Y., Jiang, X., & Bijlaard, F. (2018). Studio sperimentale e teorico sui collegamenti con piastra di estremità estesa in acciaio ad alta resistenza dopo l'incendio. International Journal of Steel Structures, 18(2), 609–634. https://doi.org/10.1007/s13296-018-0020-3
Girão Coelho, A. M., & Bijlaard, F. S. K. (2007). Experimental behaviour of high strength steel end-plate connections. Journal of Constructional Steel Research, 63(9), 1228–1240. https://doi.org/10.1016/j.jcsr.2006.11.010

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