Strutture in acciaio in zona sismica: Aggiornamento automatico delle rigidezze dei collegamenti

In questo post parleremo delle rigidezze dei collegamenti in acciaio di travi e pilastri, argomento di primaria importanza data la natura delle strutture in acciaio in cui si fa tipicamente uso di svincoli.

Quando si realizza un nodo in acciaio la sua rigidezza spesso non rientra né nella condizione di incastro né in quella di cerniera, bensì presenta una rigidezza definita dal numero e della posizione dei bulloni e delle saldature utilizzate.

⇒ È sempre necessario considerare lo svincolo parziale?

Il comportamento dei giunti influisce sulla distribuzione delle forze interne e dei momenti in una struttura, e sulle sue deformazioni complessive, pertanto dovrebbero essere generalmente presi in considerazione salvo che non siano sufficientemente piccoli per essere trascurati.
L’EC3 1-8 §5.2.2 dice che per valutare se è necessario considerare la rigidezza effettiva dei nodi in acciaio ci si deve basare sulla rigidezza rotazionale del nodo che va confrontata con due limiti:

  • quello rigido-semirigido (1)
  • quello semirigido-cerniera (3)

⇒ nel caso in cui la rigidezza reale del nodo ricada internamente ai due limiti (2) allora questo è da intendersi semirigido ed è richiesto il calcolo della rigidezza effettiva.

Esiste in PRO_SAP una procedura che consente di andare ad assegnare degli svincoli di primo tentativo per poi progettare la struttura, generare gli esecutivi dei collegamenti e all’interno di PRO_CAD nodi acciaio calcolare la rigidezza del giunto, funzione dei bulloni e delle proprietà assegnate. Una volta calcolata questa reale rigidezza la si va ad aggiornare nel modello PRO_SAP in una procedura iterativa che consentirà di rifare le analisi con i nodi semirigidi.

Procedimento

Per prima cosa è necessario in PRO_SAP attivare la visualizzazione degli svincoli parziali tramite il comando accessibile dal contesto di Introduzione dati “Modifica > Comandi avanzati > Elementi D2 svincoli parziali”:

Così facendo nelle proprietà dell’elemento si sblocca la possibilità di inserire il valore della rigidezza parziale dello svincolo in due diverse modalità:

  1. Usa rigidezza assegnata: Tramite definizione della rigidezza effettiva del nodo espressa in daN*cm.
  2. Usa fattore rigidezza: Tramite fattore della rigidezza dove a 0 corrisponde lo svincolo cerniera e a 1 corrisponde il vincolo incastro.

Una volta ultimate le analisi, previo canonico controllo della struttura in termini di deformazioni per assicurarsi della bontà del modello, ci si sposta nel contesto Assegnazione dati di progetto dove si procede con la progettazione agli stati limite.

Si eseguono poi le verifiche dei nodi in acciaio per le quali ci si avvale del modulo PRO_CAD nodi in acciaio: per farlo è possibile utilizzare il comando “Contesto > Generazione esecutivi > Esecutivi collegamenti” che effettua il calcolo di tutti i nodi visibili accorpandoli per nodi simili che avranno quindi le stesse caratteristiche. I file generati sono disponibili all’interno della cartella del progetto “data > disegni” dalla quale è possibile aprirli uno ad uno. In alternativa qualora non si vogliano studiare tutti i collegamenti del modello ma solo alcuni è sufficiente generare l’esecutivo dello specifico nodo dalla finestra di controllo generale di uno degli elementi concorrenti al nodo tramite il comando “Genera esecutivi > Esecutivo collegamento”.

All’interno dell’ambiente di PRO_CAD nodi acciaio è possibile modificare le impostazioni per l’aggiornamento della rigidezza effettiva del collegamento secondo quanto previsto dalla formulazione dell’Eurocodice EN 1993-1-8:2005|6.3 Rotational Stiffness tramite il comando “Rigidezza giunti”:

Una volta assegnata manualmente la lunghezza dell’elemento Lb, la rigidezza del giunto (retta 2 color magenta) viene confrontata con:

  • Limite rigido-semirigido (retta 1 color nero), ottenuta con la formula kb E Ib / Lb, se la rigidezza del giunto è maggiore della rigidezza limite il nodo si può considerare incastrato;
  • Limite semirigido-cerniera (retta 3 color nero), ottenuta con la formula 0.5 kb E Ib / Lb, se la rigidezza del giunto è minore della rigidezza limite il nodo si può considerare incernierato;
  • Se la rigidezza del giunto giace sulla porzione di grafico compresa tra le rette 1 e 3 ovvero tra le condizioni limite di incastro e cerniera ci troviamo nel campo di giunto semirigido per cui risulta opportuno calcolare la rigidezza parziale.

 

Si può quindi dare l’OK ed effettuare la verifica del nodo tramite il comando “Verifica” che oltre ad eseguire le verifiche ne invia i risultati a PRO_SAP dal quale è possibile visualizzarli.

Per maggiori informazioni sul modulo PRO_CAD Nodi in acciaio si consiglia di visualizzare il seguente video-corso.

rigidezze nodi

Una volta che tutti i nodi sono stati progettati e che per ognuno si ha il valore effettivo della rigidezza è possibile utilizzare il comando presente nel menù acciaio “Verifica collegamenti > Aggiornamento rigidezze svincoli” che cambia il valore dello svincolo parziale definito nelle proprietà del singolo elemento. A comando eseguito il software ci segnala quanti sono i nodi per i quali ha aggiornato la rigidezza, a questo punto è necessario rieseguire le analisi e la progettazione in quanto la variazione di rigidezza nei nodi influisce sulla distribuzione delle sollecitazioni nella struttura.

Una volta utilizzato il comando è possibile andare ad indagare le proprietà degli elementi svincolati per verificarne l’avvenuto aggiornamento della rigidezza:

L’Eurocodice3 propone una formulazione per il calcolo e aggiornamento della rigidezza solo per le travi che sono collegate alle ali dei pilastri. Quindi per le travi collegate all’anima dei pilastri, soluzione tipicamente da evitare, il progettista può comunque scegliere se impostare continuità, svincolo totale o svincolo parziale ma non è prevista la possibilità di aggiornarne automaticamente la rigidezza.

 

Altri comandi utili

Vale la pena citare due comandi presenti nel menù acciaio che non agiscono sulla rigidezza dei nodi ma che aiutano l’Ingegnere a gestirne al meglio la progettazione:

  • Check progetto collegamenti: controlla e aggiorna lo stato di verifica dei collegamenti precedentemente progettati; lancia la ri-verifica automatica di tutti i giunti che erano stati salvati in precedenza. Questo comando va usato nel caso vengano modificati i carichi sulla struttura, in quanto consente di mantenere i nodi già progettati ed eseguire le verifiche con i nuovi carichi.

  • Aggiornamento parametri sezioni: per i giunti con coprigiunto indica la necessità di verificare a flessione gli elementi considerando la sezione ridotta. Qualora il profilo indebolito dai fori ricada nelle richieste previste dal paragrafo 4.2.4.1.2.3 (formula 4.2.15) e dal paragrafo 4.2.4.1.2.1 ove necessario, questo comando  indica in quali profili intervenire (manualmente) nell’archivio delle sezioni inserendo i valori suggeriti dal programma per il calcolo dei nodi in acciai. Gli elementi caratterizzati da un valore del parametro pari ad 1 indicano le sezioni per le quali intervenire. È consigliabile mantenere l’archivio delle sezioni inalterato dove non è necessario l’aggiornamento ed aggiungere un profilo indebolito da assegnare agli elementi che lo necessitano.

Per una dimostrazione pratica di quanto descritto nel post si consiglia la visione del seguente video-corso.

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