Francesco Mutignani, Benedetto Cordova | Cultori della materia
In questo articolo si affronta il dimensionamento delle connessioni trave-colonna, caratteristiche dei telai a momento, limitatamente a quelle con flangia bullonata estesa, in telai che non sono dimensionati con i criteri del “Capacity Design” o Gerarchia delle resistenze. Nell’articolo si fa riferimento al “Metodo per componenti”, indicato dall’Eurocodice 3 come il principale approccio consigliato per questa tipologia di unioni, illustrando i concetti che sono alla base del metodo piuttosto che i lunghi e complessi algoritmi che lo costituiscono e che in genere sono nascosti nei fogli excel o nei programmi software dedicati, aiutandosi anche con procedure semplificate derivate da quelle dell’inglese Steel Construction Institute, per consentire al progettista di comprendere il funzionamento di queste connessioni. In un secondo articolo si tratterà dei metodi semplificati utilizzati in passato e dei metodi ad elementi finiti che si stanno sviluppando in questi anni.
1. Introduzione
Il calcolo delle connessioni è parte fondamentale del calcolo delle strutture in acciaio. A rendere complesso tale calcolo è la difficoltà, se non l’impossibilità, di conoscere l’andamento reale degli sforzi e delle deformazioni all’interno di una connessione, non solo perché gli elementi che la compongono (piatti, bulloni, saldature, etc.) non sono neppur lontanamente aste di de Saint-Venant, per le quali la determinazione teorica dello stato di sforzo è molto facile, ma anche perché si verificano all’interno di una connessione fenomeni per nulla lineari, quali plasticizzazioni locali, scorrimenti dovuti al superamento delle forze interne di attrito, giochi foro-bullone. Questa notevole complessità spingerebbe ad eseguire calcolazioni laboriose nell’intento di determinare con buona approssimazione il reale stato di sforzo. Per fortuna, grazie al teorema statico dell’analisi limite, si può affermare che, per progettare una connessione, basta ipotizzare all’interno di essa una qualsiasi distribuzione equilibrata di forze, trascurando la congruenza, e dimensionare per queste forze i vari elementi che la costituiscono, purché si garantisca la duttilità dei vari componenti. Si otterrà così una connessione che è più sicura (cioè che porta un carico maggiore) di quella ottenuta tenendo conto non solo dell’equilibrio ma anche della congruenza delle varie parti. In virtù di quanto s’è detto sono state sviluppate molte procedure di calcolo delle connessioni ad hoc, tarate cioè sulla singola tipologia, che consentono di calcolare gli sforzi all’interno degli elementi costitutivi con semplici considerazioni di equilibrio, trascurando la congruenza. Si tratta di procedure semplici e rapide, che tutti siamo abituati ad impiegare, facilmente utilizzabili con calcoli manuali e sicuramente a favore della sicurezza, ma che non sempre conducono a soluzioni economiche.
Infatti, più la distribuzione di forze interne si scosta dall’unica possibile che salva sia l’equilibrio sia la congruenza, maggiore sarà il costo della connessione (perché avrò più bulloni, saldature più lunghe, piatti più estesi etc.). Per cercare di coniugare semplicità di calcolo ed economicità, in taluni casi sono state svolte indagini sia teoriche sia sperimentali per mettere a punto procedure di calcolo semplici, ma che determinassero distribuzioni di sforzi il più possibile vicine all’unica equilibrata e congruente, che è certamente la più economica. Un aiuto è venuto anche dallo sviluppo di software sempre più potenti che da un lato hanno consentito di velocizzare le procedure di calcolo semplificate e dall’altro hanno permesso, tramite metodi FEM, di trovare la “vera” distribuzione di azioni interne, il che salva sia l’equilibrio sia la congruenza. I software che si trovano sul mercato appartengono ad una delle due categorie sopra esposte.
Un’ultima considerazione va fatta circa la duttilità. Una connessione duttile è sicuramente da preferire, perché le plasticizzazioni consentono una redistribuzione delle azioni interne prima di giungere alla rottura della connessione stessa, conferendole quindi una resistenza maggiore rispetto a quella di una connessione che presenti meccanismi di rottura fragili. Inoltre una rottura duttile si associa in genere a grandi spostamenti prima del collasso, ciò che invece non avviene per le connessioni fragili. Progettare connessioni duttili è obbligatorio, quando si impiega il Capacity Design, e comunque è sempre raccomandabile anche in caso di progettazione che preveda di mantenere in campo elastico tutte le membrature.
Oggetto di questo articolo sono le connessioni flangiate travecolonna con flangia estesa e bullonata, una delle tipologie più impiegate per collegare travi e colonne con attacchi a momento in telai multipiano o anche in portali monopiano. Rispetto alle connessioni con flangia non estesa superiormente, esse consentono momenti resistenti molto più alti in rapporto al momento plastico della trave collegata, sino alla possibilità di realizzare il completo ripristino della resistenza flessionale della trave. […]
Leggi l’articolo completo su Costruzioni Metalliche, n. 6/2022.
La seconda parte dell’articolo è stata pubblicata su Costruzioni Metalliche, n. 4/2023.