Ancoraggi di travatura reticolare - suggerimenti e trucchi

Strutture reticolari

Il modello globale è costituito prevalentemente da elementi reticolari che trasmettono solo trazione/compressione. Ciò significa che flessione e taglio negli elementi sono completamente soppressi. Dal punto di vista FEM, la matrice di rigidezza è dominata dai termini assiali, eliminando i GDL (gradi di libertà) flessionali e di taglio.

•  Convertire la flessione in forze assiali
•  Massimizzare lo sfruttamento del materiale
•  Fornire percorsi di carico chiari
•  Consentire grandi luci
•  Semplificare la valutazione della stabilità

Modello globale 

Il sistema reticolare a sbalzo è fissato al pilastro prefabbricato in calcestruzzo. La struttura reticolare è collegata a una trave mediante una coppia di collegamenti cernierati. Tutte le forze sono trasferite attraverso gli ancoranti in trazione e taglio e attraverso il calcestruzzo in compressione.

01) Modello globale della struttura reticolare e percorso di carico chiaro

Checkbot 

Queste tipologie di strutture vengono importate in Checkbot con nodi accoppiati o multipli che, per loro natura, non possono essere esportati in IDEA StatiCa Connection come insieme. Nella prima fase, il nodo del corrente superiore viene eliminato. L'elemento del corrente superiore non sarà più associato ad alcun nodo esistente e dovrà essere collegato al nodo del corrente inferiore, che unisce la diagonale e gli elementi del corrente inferiore. Al termine del processo, tutti gli elementi saranno unificati in un unico nodo principale. Ciò consente di controllare in modo più efficace un maggior numero di elementi con l'assemblaggio con offset.

02) Modello Checkbot + unione degli elementi in un unico nodo

IDEA StatiCa Connection

Il modello realizzato comprende una sequenza di doppi profili a L. I correnti superiore e inferiore della struttura reticolare sono collegati al pilastro prefabbricato mediante piastre rondella gettate in opera, integrate da una piastra di base e da una piastra di nodo preassemblata in officina per facilitare un montaggio efficiente in cantiere.

03) Descrizione del modello di ancoraggio progettato

Nell'analisi globale, le forze assiali sono tipicamente assunte agenti attraverso il baricentro della sezione trasversale. Tuttavia, se il gruppo di bulloni nel collegamento reale non è allineato con il baricentro della sezione, si genera un'eccentricità. Questa eccentricità produce momenti flettenti secondari negli elementi collegati.

Tali effetti non sono colti in un modello FEA globale standard, a meno che la geometria del collegamento e l'introduzione del carico non siano modellate esplicitamente. In pratica, il momento aggiuntivo dovuto all'eccentricità della forza assiale si manifesta come un aumento della tensione flessionale, che contribuisce poi alla valutazione finale della tensione di von Mises nella verifica di dettaglio del collegamento.

Per la configurazione reticolare esaminata, il vincolo N–Vy–Vz fornisce una rappresentazione più realistica del trasferimento delle forze. Questa affermazione non è intesa come raccomandazione universale per tutti i sistemi reticolari, ma come conclusione specifica per questa disposizione strutturale.

Questi vincoli sopprimono la deformazione rotazionale nel giunto, generando momenti di reazione residui. Inoltre, la diagonale verticale vincola la flessione del corrente, rafforzando l'assunzione che il vincolo N–Vy–Vz rifletta meglio il comportamento effettivo del collegamento in questo caso.

Dal punto di vista della meccanica del collegamento, questa condizione al contorno è quindi considerata più vicina alla realtà fisica.

04) Correnti e diagonali vincolati

Il modello a fili evidenzia le traiettorie dei carichi e le linee dei baricentri di ciascuna sezione.

05) Modello a fili e percorso di carico chiaro

La configurazione deformata e le visualizzazioni delle tensioni offrono una visione d'insieme e un controllo di plausibilità sulla corretta applicazione dei carichi. La trazione nel corrente superiore e la compressione nel corrente inferiore indicano che il modello sostitutivo funziona bene.

06) Verifiche normative e configurazione deformata

L'interazione delle forze non viene considerata nel blocco di calcestruzzo a causa di ipotesi semplificative valide per il mezzo calcestruzzo nell'applicazione Connection. Lo sfruttamento è solo del 38% e la verifica degli ancoranti non è soddisfatta. Perché accade questo?

Nota:

I gruppi di ancoranti su piastre di base separate interagiscono tra loro in un unico blocco di calcestruzzo. Ciò esula dall'ambito delle norme per la progettazione degli ancoraggi. La rottura a cono del calcestruzzo in trazione e la rottura per effetto leva (pryout) del calcestruzzo non vengono verificate. La rottura di bordo del calcestruzzo non viene verificata. (CEB-FIB: Bulletin 58 - Design of anchorages in concrete (2011) – Chapter 1.2: Figure 1.2-8 and Figure 1.2-9) . 

Indirizza l'utente alla verifica normativa in 3D Detail, poiché la normativa non copre la configurazione sopra citata.

07) Perché la verifica degli ancoranti non è soddisfatta?

L'instabilità dovrebbe sempre essere verificata quando si esamina il collegamento. La forma modale e il fattore di instabilità sono forniti come indicatori del margine di sicurezza, e si può individuare il modo che con maggiore probabilità diventerà instabile per primo. 

Ciò riguarda l'analisi lineare di instabilità, in cui il contatto tra la piastra di nodo e le pareti dei doppi profili a L viene aperto.

Contatto aperto (gap):

Se le piastre sono separate nello stato di equilibrio:

• Il contatto è inattivo
• Non viene aggiunto alcun contributo di rigidezza
• Le superfici si muovono in modo indipendente nella forma di instabilità

Conseguenze per i collegamenti in acciaio nella pratica:

In molti collegamenti in acciaio:

• piastre di nodo
• angolari
• fori dei bulloni
• rondelle

I contatti sono solo parzialmente attivi nello stato di equilibrio.

Pertanto, nella LBA:

• Solo le zone attualmente compresse contribuiscono alla rigidezza
• I potenziali contatti futuri vengono ignorati

Ciò può portare a:

• penetrazione locale nei modi propri
• modi di instabilità eccessivamente flessibili
• configurazioni deformate non realistiche.

Non si tratta di un errore: è un limite intrinseco dell'instabilità agli autovalori con contatto.

08) Modi di instabilità lineare e fattore critico

IDEA StatiCa 3D Detail

Per chiudere il ciclo di progettazione e ottenere una soluzione soddisfacente per tutti i componenti, incluso il pilastro prefabbricato in calcestruzzo, è essenziale considerare la disposizione dell'armatura esistente e valutare il sistema tenendo conto dell'interazione tra ancoranti e barre di armatura.

Il meccanismo di trasferimento del carico non termina alla piastra di base. Le forze degli ancoranti devono essere ridistribuite nell'elemento in calcestruzzo armato attraverso aderenza, confinamento e meccanismo a puntone-e-tirante. Pertanto, l'armatura deve essere inclusa esplicitamente nel modello di verifica.

Utilizzando il collegamento BIM da IDEA StatiCa Connection, il trasferimento dei dati è semplice ed efficiente. Le seguenti informazioni possono essere importate direttamente:

• Geometria del pilastro in calcestruzzo
• Configurazione della piastra di base e degli ancoranti
• Forze risultanti negli ancoranti e nelle saldature

Ciò accelera in modo significativo il percorso verso la verifica normativa finale.

Tuttavia, per ottenere una valutazione fisicamente coerente, i componenti obbligatori, in particolare la disposizione dell'armatura e condizioni al contorno realistiche, devono essere definiti nel modello 3D Detail (CSFM). Solo così il comportamento composito di calcestruzzo e armatura può essere valutato correttamente e le modalità di rottura fragile (ad es. la rottura a cono del calcestruzzo) possono essere valutate nel contesto di un sistema armato.

Il sistema di campo vettoriale delle forze predefinito, derivato dall'applicazione Connection, garantisce una ridistribuzione significativa delle tensioni sotto la piastra di base. 

09) Armature, condizioni al contorno + distribuzione delle forze

È necessario eseguire un controllo di plausibilità e un'ispezione visiva per assicurarsi che il modello si comporti come previsto. Il flusso delle tensioni di compressione mostra il comportamento atteso e la tensione nell'armatura garantisce la sicurezza del progetto. 

10) Verifica di sintesi, flusso delle tensioni

La configurazione deformata dovrebbe essere il primo risultato da esaminare, utilizzato per ricontrollare la correttezza delle condizioni al contorno. La configurazione deformata descrive il comportamento atteso.

11) Stato tensionale degli ancoranti, configurazione deformata

Conclusioni e punti chiave

Modello reticolare = idealizzazione assiale
Efficiente per il flusso globale delle forze (solo trazione/compressione), ma gli effetti di flessione e taglio sono soppressi e devono essere considerati a livello del collegamento.

L'ipotesi baricentrica è critica
Il disallineamento tra il gruppo di bulloni e il baricentro della sezione introduce una flessione secondaria non colta nella FEA globale. Questo aspetto deve essere verificato in una progettazione di dettaglio del collegamento.

Le condizioni al contorno determinano la realtà
Per questo caso, il vincolo N–Vy–Vz riflette meglio il comportamento del giunto. Il vincolo rotazionale e l'azione delle diagonali influenzano in modo significativo la risposta del corrente.

Le verifiche degli ancoranti nel calcestruzzo semplice sono conservative
Le ipotesi semplificate della normativa possono indicare il collasso. La capacità reale dipende dall'interazione con l'armatura e dalla ridistribuzione delle forze nell'elemento in calcestruzzo.

L'armatura chiude il cerchio
Il percorso di carico prosegue oltre la piastra di base. Solo un modello 3D Detail (CSFM) con armatura e condizioni al contorno realistiche coglie il comportamento composito e previene le modalità di rottura fragile.

Controllare sempre la configurazione deformata
Se la deformazione corrisponde all'intuizione strutturale, il modello rispecchia con buona probabilità il comportamento fisico.