Analisi del profilo in acciaio ad alta resistenza e dei collegamenti con piastra di estremità con il componente aggiuntivo Giunto in acciaio per RFEM

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 della piastra (rifollamento e punzonamento), utilizzando le formulazioni agli stati limite fornite nella Tabella 3.4.

La resistenza di progetto del T-stub equivalente è valutata indipendentemente per le componenti della piastra di estremità e dell'ala 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 rottura.

La resistenza individuale per ciascun modo è calcolata sulla base della capacità di momento plastico dell'ala (M_pl,1,Rd e M_pl,2,Rd) e della resistenza a trazione del gruppo di bulloni (∑F_t,Rd). Questi modi considerano lo snervamento completo dell'ala (Modo 1), la rottura del bullone associata allo snervamento dell'ala (Modo 2) e la pura frattura del bullone (Modo 3).

Modi di Rottura:

Momenti di Resistenza Plastica:

Fig. 1. Modalità di rottura del T- stub

Dettagli geometrici della connessione trave-colonna

In linea con la pratica costruttiva standard, tutti i membri di trave e colonna sono stati realizzati con acciai 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 Figure 2 e 3, e nella corrispondente matrice sperimentale di prova.

Il campione JD1 (S355) ha utilizzato una sezione di colonna HEM 300. Per valutare la prestazione di una gerarchia colonna-debole/trave-forte, è stata mantenuta una sezione uniforme di trave HEA 320 insieme a piastre di estremità S690 di spessore 10 mm. JD2 è stato fabbricato con acciaio Q690 e JD3 con 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 di classe 8.8 e M27 di classe 10.9.

Fig. 2. Configurazione della Piastra di Estremità/Bulloni di JD1

Fig. 3. Configurazione Piastra di Estremità/Bulloni JD2 e JD3

Discussione

Soluzione Steel Joints per RFEM

Questo studio presenta un'indagine sperimentale e numerica sulla prestazione strutturale di tre connessioni estese trave-colonna con piastra di estremità in acciaio ad alta resistenza.

Il programma sperimentale è stato ampliato mediante una caratterizzazione mirata del T-stub e un'analisi agli elementi finiti (FE) ad alta fedeltà. Il progetto della connessione è stato completamente integrato nel modello strutturale primario utilizzando il modulo aggiuntivo Steel Joints per RFEM 6, basato su FE. Dopo la validazione rispetto ai dati sperimentali e la verifica nell'ambito della normativa Eurocodice 3 (EC3), i modelli FE sono stati impiegati per ottenere una visione granulare della meccanica di deformazione localizzata. Le Figure 4 e 5 e le Tabelle 1 e 2 presentano il confronto della resistenza a momento e della rigidezza tra i risultati sperimentali, il modulo Steel Joints in RFEM e l'EC3, mentre la Tabella 3 riassume i modi di rottura osservati.

Fig. 4. Confronto della Resistenza a Momento – Sperimentale, Giunti in Acciaio in RFEM e EC-3

Fig. 5. Confronto della Rigidezza – Esperimento, Giunti in acciaio in RFEM e EC-3

Fig. 6. Tensioni Equivalenti e Deformazione Plastica del Modello JD1

Fig. 7. Tensioni equivalenti e deformazione plastica del modello JD2

Fig. 8. Equivalent Stresses and Plastic Strain of JD3 Model

Fig. 9. Tasso di lavoro e Rigidezza rotazionale del Modello JD1

Fig. 10: Tasso di lavoro e Rigidezza rotazionale del Modello JD2

Fig. 11. Tasso di lavoro e Rigidezza rotazionale del Modello JD3

Conclusioni

Tre giunti con piastra di estremità bullonata (JD1–JD3) sono stati studiati confrontando gli esperimenti con il modello Steel Joints di RFEM e il calcolo manuale EC-3. Per la resistenza a momento, tutti e tre i metodi concordavano bene. RFEM corrispondeva strettamente ai risultati dei test (entro circa il 6%), e l'EC-3 ha fornito valori sicuri e leggermente conservativi. L'EC-3 può quindi essere considerato affidabile per il progetto a resistenza.

La differenza principale risiedeva nella rigidezza iniziale. RFEM ha fornito valori ragionevoli, ma l'EC-3 ha notevolmente sovrastimato la rigidezza di ogni giunto — circa da 1,7 a 2,7 volte i valori misurati. La rigidezza EC-3 dovrebbe quindi essere usata con cautela, specialmente nelle verifiche di deformabilità e di stato limite di esercizio.

Per quanto riguarda i modi di rottura, RFEM ha previsto correttamente quanto osservato nei test (snervamento della piastra di estremità con rottura di entrambe le file di bulloni), mentre l'EC-3 ha previsto un modo più semplice a singolo bullone. In breve, RFEM è uno strumento affidabile per prevedere la resistenza, la rigidezza e la rottura del giunto, e può ridurre la necessità di test. L'EC-3 è sicuro per la resistenza ma tende a sovrastimare la rigidezza.