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2026-09-03

Comportamento dei collegamenti bullonati con piastra di estremità con o senza irrigidimenti con giunti in acciaio per RFEM

Quattro collegamenti trave-colonna con piatto di estremità bullonato (BC1-BC4, colonna HEA 120, trave IPE 240, acciaio S235) sono stati testati sperimentalmente e rivalutati con l'add-on Giunti acciaio per RFEM 6 e con il calcolo manuale secondo EN 1993-1-8. L'articolo confronta il momento resistente e la rigidezza rotazionale iniziale tra i tre metodi e riporta le equazioni dei componenti a T-stub sottostanti.

Questo studio verifica Steel Joints per RFEM analizzando il comportamento strutturale di collegamenti bullonati con piastra di estremità, sia irrigiditi che non irrigiditi. Le prestazioni di questi giunti vengono valutate secondo le prescrizioni progettuali dell'Eurocodice 3 (EC-3) e convalidate mediante confronto con risultati sperimentali condotti in precedenza.

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 viene 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.

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 del T-stub (valore governante delle tre modalità di rottura)

La resistenza individuale per ciascun modo viene calcolata in base alla capacità di momento plastico dell'ala (M_pl,1,Rd e M_pl,2,Rd) e alla 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:

F_{T, 1, Rd} = \frac{(8 n - 2 e_{w}) \cdot M_{pl, 1, Rd}}{2 mn - e_{w} (m + n)}

Resistenza del T-stub – Modalità di rottura 1 (snervamento completo dell'ala)

F_{T, 2, Rd} = \frac{2 \cdot M_{pl, 2, Rd} + n \cdot (\sum F_{t, Rd})}{(m + n)}

Resistenza del T-stub – Modalità di rottura 2 (Rottura del bullone con snervamento dell'ala)

F_{T, 3, Rd} = \sum F_{t, Rd}

Resistenza del T-stub – Modalità di rottura 3 (Rottura dei bulloni)

La rigidezza iniziale del collegamento è data dalla formula:

S_{j, ini} = \frac{E \cdot z^{2}}{\sum_{i = 1}^{n} \frac{1}{k_{i}}}

Rigidezza rotazionale iniziale del collegamento

Fig. 1 Modello meccanico del giunto secondo EC-3 e modalità di rottura delle componenti T-stub

Fig. 1 Modello meccanico della connessione secondo EC-3 e modelli di rottura delle componenti T-stub

Dettagli geometrici del collegamento trave-colonna

In accordo con la pratica costruttiva standard, tutti gli elementi di trave e colonna sono stati realizzati in acciaio S235. Le configurazioni geometriche, incluse le disposizioni della piastra di estremità e del gruppo di bulloni, sono illustrate nella Figura 2, mentre la matrice delle prove sperimentali e le proprietà meccaniche misurate sono riassunte nella Tabella 1. Come definito nella matrice delle prove, i provini del Gruppo A (1BC-4BC) presentavano una sezione di colonna HEA 120 accoppiata a una sezione di trave IPE 240, con uno spessore uniforme della piastra di estremità di 15 mm mantenuto per tutti i provini.

Tabella 1 Configurazione geometrica dei provini testati
Provini	Colonna	Tipo di acciaio	Trave	Tipo di acciaio	Spessore piastra di estremità, mm
BC1	HEA120	S235	IPE240	S235	15
BC2	HEA120	S235	IPE240	S235	15
BC3	HEA120	S235	IPE240	S235	15
BC4	HEA120	S235	IPE240	S235	15

Fig. 2 Configurazione dei campioni

Discussione

Soluzione Steel Joints per RFEM

Questo studio presenta un'indagine combinata sperimentale e numerica sulle prestazioni strutturali di quattro collegamenti trave-colonna con piastra di estremità, con particolare attenzione al comportamento dei giunti bullonati con piastra di estremità con e senza irrigidimenti. Il programma sperimentale è stato completato da prove dedicate sulle componenti T-stub e da una modellazione dettagliata agli elementi finiti (FE). La progettazione del collegamento è stata eseguita utilizzando il modulo aggiuntivo Steel Joints per RFEM 6, completamente integrato nel modello strutturale globale. I modelli FE sono stati validati rispetto alle misure sperimentali e verificati rispetto alle prescrizioni progettuali dell'Eurocodice 3 (EC-3), e quindi utilizzati per esaminare in dettaglio il comportamento deformativo localizzato. Le Figure 3 e 4, insieme alle Tabelle 2 e 3, confrontano la resistenza a momento e la rigidezza rotazionale ottenute dagli esperimenti, dalle previsioni di Steel Joints per RFEM 6 e dai calcoli analitici EC-3.

Fig. 3 Confronto della resistenza flessionale – Esperimento, giunti in acciaio in RFEM ed EC-3

Fig. 03 confronto del momento resistente – sperimentale, giunti acciaio in RFEM ed EC-3

Fig. 4 Comparison of Stiffness – Experimental, Steel Joints in RFEM and EC-3

Tabella 2 Confronto della resistenza a momento - Sperimentale, Steel Joints in RFEM ed EC-3 | Capacità di momento (kNm)
Provini	Esperimenti	Steel Joints per RFEM	EC-3	EC-3/RFEM
BC1	34,00	24,02	18,00	0,75
BC2	47,00	34,51	33,00	0,96
BC3	53,00	34,36	33,00	0,96
BC4	65,00	39,15	33,00	0,84

Tabella 3 Confronto della rigidezza - Sperimentale, Steel Joints in RFEM ed EC-3 | Rigidezza iniziale S_j,ini (MNm/rad)
Provini	Esperimenti	Steel Joints per RFEM	EC-3
BC1	8,10	5,10	9,30
BC2	8,70	11,00	18,30
BC3	9,50	14,70	22,60
BC4	10,10	24,80	22,60

Fig. 5 Tensioni equivalenti e deformazione plastica e rapporto di progetto e rigidezza rotazionale del modello BC1

Fig. 5 Tensioni equivalenti e deformazione plastica e tasso di lavoro e rigidezza rotazionale del modello BC1

Fig. 6 Tensioni equivalenti e deformazione plastica e rapporto di progetto e rigidezza rotazionale del modello BC2

Fig. 7 Tensioni equivalenti e deformazione plastica e coefficiente di utilizzo e rigidezza rotazionale del modello BC3

Fig. 7 Tensioni equivalenti e deformazione plastica e tasso di lavoro e rigidezza rotazionale del modello BC3

Fig. 8 Tensioni equivalenti, deformazione plastica, tasso di lavoro e rigidezza rotazionale del modello BC4

Fig. 8 Tensioni equivalenti e deformazione plastica e utilizzo e rigidezza rotazionale del modello BC4

Conclusioni

Il confronto mostra che RFEM segue il comportamento sperimentale più fedelmente dell'EC-3 sia per la resistenza a momento che per la rigidezza iniziale. L'EC-3 sottostima la capacità in modo più marcato e si attesta a 33,00 kNm per BC2-BC4 nonostante un aumento del 40% della capacità misurata, indicando che la sua previsione è governata da una singola verifica di componente limitante, insensibile ai parametri variati. Per la rigidezza iniziale, RFEM mostra una deviazione media inferiore rispetto all'esperimento (0,66) rispetto all'EC-3 (0,97) ed è l'unico metodo che continua a seguire il trend di rigidezza crescente attraverso BC3-BC4 invece di stabilizzarsi. La sovrastima della rigidezza da parte di RFEM a valori più elevati è coerente con la tendenza generale dei modelli a componenti verso una rigidezza idealizzata delle componenti, e l'EC-3 mostra una sovrastima comparabile o maggiore per BC2-BC3. Complessivamente, RFEM è il più affidabile dei due strumenti per cogliere i trend di resistenza e rigidezza dei giunti ed è raccomandato come metodo di verifica primario, mantenendo l'EC-3 come verifica indipendente.

Bibliografia

Eurocodice 3. Progettazione delle strutture in acciaio Parte 1-8: Progettazione dei collegamenti. Norma europea EN 1993-1-8. Comitato europeo di normazione, Bruxelles, Belgio; 1993.
Abidelah, Anis & Bouchair, Abdelhamid & Kerdal, Djamel. (2012). Experimental and analytical behaviour of bolted end-plate connections with or without stiffeners. Journal of Constructional Steel Research.

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