Come definire la posizione corretta del carico (Forze in)

Cerniera reale vs cerniera teorica

Per garantire che il modello computazionale sia coerente con la forma reale e il comportamento statico del collegamento, è necessario considerare la forma del momento flettente e la posizione della forza di taglio nel collegamento. Utilizzeremo un semplice esempio di una trave orizzontale collegata a un pilastro per mostrare le differenze nella modellazione dei collegamenti a momento e dei collegamenti cerniera.

Collegamento a momento

Questa è la forma "reale" schematica del collegamento a momento (sinistra) e il suo modello strutturale utilizzato per l'analisi (destra).

Nella scheda Effetti del carico in IDEA StatiCa Connection, definiamo le forze che ogni elemento del collegamento esercita sul nodo (solitamente il centro del collegamento, l'intersezione degli assi degli elementi). La tabella nella figura sopra mostra anche le forze che l'elemento orizzontale B esercita sul pilastro.  I diagrammi delle forze interne sull'elemento orizzontale sono i seguenti.

I momenti flettenti lungo gli elementi sono semplificati come lineari in IDEA StatiCa Connection. All'inizio dell'elemento collegato, viene applicato il momento flettente specificato e il momento progredisce allontanandosi dal nodo come funzione lineare la cui pendenza è definita dalla forza di taglio specificata.

Guarda il video che tratta la distribuzione del momento flettente e altre informazioni importanti.

Collegamento cerniera

Nel caso di un collegamento cerniera, il momento flettente nel collegamento è zero. I diagrammi del momento flettente e della forza di taglio nell'elemento orizzontale collegato a cerniera sono presentati nella figura seguente. La forza di taglio V_z= -40 kN e il momento flettente nullo M_y devono essere specificati per indurre le corrispondenti forze interne nell'applicazione Connection. In questo caso, diciamo che la posizione della forza di taglio (e quindi la posizione del momento flettente nullo) è nel nodo (centro del collegamento).

La figura sopra corrisponde alla situazione teorica, in cui la posizione del giunto è direttamente nel nodo (centro del collegamento). Questo è il modo in cui il collegamento cerniera viene normalmente modellato in un modello di analisi globale. Tuttavia, in una struttura reale, il punto di rotazione (cerniera) è spostato dal centro del giunto (nodo). Si consideri, ad esempio, un collegamento a taglio trave-pilastro imbullonato con una piastra d'anima verticale, dove il giunto può essere assunto nel baricentro del gruppo di bulloni.

Come si può vedere dalla figura seguente, se la posizione effettiva del giunto non viene presa in considerazione nel modello, si ha un momento flettente non nullo nella posizione della cerniera reale (a sinistra nella figura). Questo è un errore evidente. Il modo per evitarlo è regolare la posizione della forza di taglio (e quindi la posizione del momento flettente nullo) nell'elemento collegato (a destra).

Impostazione della posizione delle forze

Nell'applicazione, la posizione della forza di taglio può essere definita nella sezione Modello dell'elemento dato. La differenza tra questi due casi è mostrata qui: 

Sinistra: Forze nel Nodo   Destra: Forze nei Bulloni

Nella situazione a sinistra, è presente un momento flettente nel punto della cerniera che causa la rotazione verso l'alto dell'elemento. Questo momento (originato dalla forza di taglio che cresce linearmente dal punto del nodo) induce il comportamento non corretto dell'elemento orizzontale. 

È possibile correggere facilmente la configurazione spostando la forza di taglio in modo che agisca nella posizione della cerniera. In tal caso (immagine a destra), la trave orizzontale si deflette come previsto.

La terza opzione è Forze in Posizione. Per alcune operazioni, in particolare quando si crea un collegamento come assemblaggio di operazioni più elementari (ad es. piastra di irrigidimento, taglio, griglia di bulloni), la funzione Forze nei Bulloni non ha alcun effetto e non vi è alcuno spostamento del momento flettente nullo nella cerniera assunta.

Pertanto, è necessario scegliere il metodo Forze in Posizione e inserire la distanza X appropriata.

Dalla versione 23.1, è stata aggiunta un'opzione per definire il taglio per una posizione alla faccia dell'elemento. Leggi l'articolo corrispondente per saperne di più sulla posizione di input e visualizzazione della forza di taglio.

I collegamenti cerniera sono spesso chiamati collegamenti a taglio. È necessario sottolineare che la posizione della forza di taglio può variare da un tipo di collegamento a taglio all'altro e non si può assumere universalmente che il momento flettente nullo sia al centro di gravità del gruppo di bulloni. L'articolo Quando il collegamento a taglio trasmette il momento flettente discute le differenze tra i singoli tipi di collegamenti a taglio in modo più dettagliato.

Registrazione del webinar

Guarda le registrazioni dei nostri webinar passati in cui viene discussa la posizione della forza di taglio. 

La posizione delle forze interne nodali che otteniamo da un modello strutturale può essere spostata dall'origine tramite eccentricità. Questo effetto sottostima le forze interne che agiscono sul collegamento. Vediamo come modificare la posizione delle forze interne direttamente nell'operazione ed evitare risultati non corretti.