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Centro di supportoEsempi di verificaPiastra a sezione cava circolare
Piastra a sezione cava circolare
SteelConnection designVerificationsEN (Eurocode)CBFEM

Piastra a sezione cava circolare

Questo articolo è disponibile anche in
ENCZDEESFRITPTNLHUROKRPLTHTRVIZH
Tradotto dall'inglese tramite IA

Questo è un capitolo selezionato dal libro Component-based finite element design of steel connections del prof. Wald et al. Il capitolo è incentrato sulla verifica del collegamento di piastra a sezione cava circolare.

Metodo delle modalità di rottura

I giunti T uniplanari saldati piastra-sezione cava circolare (CHS) previsti dal CBFEM sono verificati rispetto all'FMM in questo capitolo. Nel CBFEM, la resistenza di progetto è limitata dal raggiungimento del 5 % di deformazione o da una forza corrispondente al 3 % di deformazione del giunto d0, dove d0 è il diametro del corrente. L'FMM si basa sul limite di carico di picco o sul limite di deformazione del 3 % d0; si veda Lu et al. (1994). Le saldature, progettate secondo EN 1993‑1‑8:2006, non sono i componenti più deboli del giunto.

Plastificazione del corrente

La resistenza di progetto della faccia del corrente CHS è determinata utilizzando il metodo fornito dal modello FMM nel Cap. 9 di prEN 1993-1-8:2020 e in ISO/FDIS 14346; si veda Fig. 7.3.1. La resistenza di progetto del giunto piastra-CHS saldato con carico assiale è:

Giunto T

Trasversale

N1,Rd=2.5⋅Cffy0t02(1+3β2)γ0.35Qf/γM5N_{1,Rd} = 2.5 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.35} Q_f / \gamma_{M5}N1,Rd​=2.5⋅Cf​fy0​t02​(1+3β2)γ0.35Qf​/γM5​

Longitudinale

N1,Rd=7.1⋅Cffy0t02(1+0.4η)Qf/γM5N_{1,Rd} = 7.1 \cdot C_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta) Q_f / \gamma_{M5}N1,Rd​=7.1⋅Cf​fy0​t02​(1+0.4η)Qf​/γM5​

Giunto X

Trasversale

N1,Rd=2.1\cdotCffy0t02(1+3β2)γ0.25Qf/γM5N_{1,Rd} = 2.1 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+3 \beta^2) \gamma^{0.25} Q_f / \gamma_{M5}N1,Rd​=2.1\cdotCf​fy0​t02​(1+3β2)γ0.25Qf​/γM5​

Longitudinale

N1,Rd=3.5\cdotCffy0t02(1+0.4η2)γ0.1Qf/γM5N_{1,Rd} = 3.5 \cdotC_f f_{y0} t_0^2 (1+0.4 \eta^2) \gamma^{0.1} Q_f / \gamma_{M5}N1,Rd​=3.5\cdotCf​fy0​t02​(1+0.4η2)γ0.1Qf​/γM5​

dove:

  • fy,i – resistenza allo snervamento dell'elemento i (i = 0,1,2 o 3)
  • ti – spessore della parete dell'elemento CHS i (i = 0,1,2 o 3)
  • β\betaβ – rapporto tra il diametro medio o la larghezza degli elementi di corrente secondario e quello del corrente principale
  • η\etaη – rapporto tra l'altezza dell'elemento di corrente secondario e il diametro o la larghezza del corrente principale
  • γ\gammaγ – rapporto tra la larghezza o il diametro del corrente principale e il doppio del suo spessore di parete
  • Qf – fattore di tensione del corrente
  • Cf – fattore di materiale
  • γM5\gamma_{M5}γM5​ – coefficiente parziale per la resistenza dei giunti nelle travi reticolari a sezione cava
  • Ni,Rd – resistenza di progetto di un giunto espressa in termini di forza assiale interna nell'elemento i (i = 0,1,2 o 3)

Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification}}}Fig. 7.3.1 Examined failure mode - chord plastification

Campo di validità

Il CBFEM è stato verificato per giunti tipici di sezioni cave circolari saldate. Il campo di validità per questi giunti è definito nella Tabella 7.8 di prEN 1993-1-8:2020; si veda Tab. 7.3.1. Lo stesso campo di validità è applicato al modello CBFEM. Al di fuori del campo di validità dell'FMM, è necessario predisporre un esperimento per la validazione o eseguire una verifica secondo un modello di ricerca validato.

Tab. 7.3.1 Campo di validità per il metodo delle modalità di rottura

Generale0.2≤did0≤1.00.2 \le \frac{d_i}{d_0} \le 1.00.2≤d0​di​​≤1.0θi≥30∘\theta_i \ge 30^{\circ}θi​≥30∘−0.55≤ed0≤0.25-0.55 \le \frac{e}{d_0} \le 0.25−0.55≤d0​e​≤0.25

g≥t1+t2g \ge t_1+t_2g≥t1​+t2​fyi≤fy0f_{yi} \le f_{y0}fyi​≤fy0​ti≤t0t_i \le t_0ti​≤t0​
CorrenteCompressioneClasse 1 o 2 e 10≤d0/t0≤5010 \le d_0 / t_0 \le 5010≤d0​/t0​≤50 (ma per giunti X: d0/t0≤40d_0/t_0 \le 40d0​/t0​≤40)

 Trazione10≤d0/t0≤5010 \le d_0 / t_0 \le 5010≤d0​/t0​≤50 (ma per giunti X: d0/t0≤40d_0/t_0 \le 40d0​/t0​≤40)
Piastra trasversale
0.25≤β=b1/d0≤10.25\le\beta=b_1/d_0\le10.25≤β=b1​/d0​≤1
Piastra longitudinale
0.6≤η=h1/d0≤40.6\le\eta=h_1/d_0\le40.6≤η=h1​/d0​≤4

Validazione

In questo capitolo, il CBFEM è validato rispetto ai modelli FMM di giunti T piastra-CHS descritti in prEN 1993-1-8:2020. I modelli sono confrontati con i dati delle prove meccaniche nelle Tab. 7.3.2–7.3.3 con la resistenza basata sul limite di deformazione. Le proprietà materiali e geometriche delle prove numeriche sono descritte in (Voth A.P. e Packer A.J., 2010). Gli esperimenti al di fuori del campo di validità sono contrassegnati nelle tabelle con un asterisco * e nel grafico sono indicati per mostrare la qualità delle condizioni al contorno.

Tab. 7.3.2 Proprietà geometriche, proprietà materiali e resistenze dei collegamenti da esperimenti e modelli FMM per giunto T trasversale

IDRiferimentod0[mm]t0[mm]h1[mm]h1/d0[-]d0/t0[-]fy0[MPa]
TPT 1Washio et al. (1970)165,25,2115,60,731,8308,0
TPT 2Washio et al. (1970)165,25,2148,70,931,8308,0
TPT 3Washio et al. (1970)139,83,5125,80,939,9343,0
TPT 4Voth et al. (2012)219,24,5100,30,548,8388,8
IDNu,exp[kN]Tipo di corrente secondarioNu,exp/(t02·fy0)N1,prEN/(t02·fy0)Nu,exp/N1,prEN
TPT 1169,4Compressione20,3416,251,25
TPT 2250,5Compressione30,0822,581,33
TPT 3184,8Compressione43,9824,451,80
TPT 4282,5Trazione36,0412,452,89

Tab. 7.3.3 Proprietà geometriche, proprietà materiali e resistenze dei collegamenti da esperimenti e modelli FMM per giunto T longitudinale

IDRiferimentod0[mm]t0[mm]h1[mm]h1/d0[-]d0/t0[-]fy0[MPa]
TPL 1Washio et al. (1970)165,25,2165,21,031,8308,0
TPL 2Washio et al. (1970)165,25,2330,42,031,8308,0
*TPL 3Voth et al. (2012)219,24,599,90,548,8388,8
IDNu,exp[kN]Tipo di corrente secondarioNu,exp/(t02·fy0)N1,prEN/(t02·fy0)Nu,exp/N1,prEN
TPL 1107,6Compressione12,9210,361,25
TPL 2127,4Compressione15,3013,321,15
*TPL 3160,6Trazione20,498,752,34

 Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)\textsf{\textit{\footnotesize{ Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}} Fig. 7.3.2 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and to longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)

Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)}}}Fig. 7.3.3 Validation of FMM to mechanical experiments for transverse T-type plate-to-CHS connections (left) and longitudinal T-type plate-to-CHS connections (right)

La validazione mostrata nelle Fig. 7.3.2 e 7.3.3 dimostra che le differenze rispetto agli esperimenti sono almeno del 15 % generalmente a favore della sicurezza. Gli esperimenti al di fuori del campo di validità sono inclusi e contrassegnati. I risultati indicano la buona qualità delle condizioni al contorno scelte.

Giunto T uniplanare piastra

Una panoramica degli esempi considerati nello studio è fornita nella Tab. 7.3.4. I casi selezionati coprono un ampio intervallo di rapporti geometrici del giunto. La geometria dei giunti con le dimensioni è mostrata nella Fig. 7.3.4. Lo spessore della piastra è di 15 mm in tutti i casi trattati in questo studio.

Tab. 7.3.4 Panoramica degli esempi

Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)}}}Fig. 7.3.4 Dimensions of plate to CHS T joint, transverse (left) and longitudinal (right)

Verifica

I risultati della resistenza e della modalità di rottura di progetto dell'FMM sono confrontati con i risultati del CBFEM nella Tab. 7.3.5 e nella Fig. 7.3.5.

Tab. 7.3.5 Verifica della previsione delle resistenze tramite CBFEM sull'FMM a) orientamento trasversale  b) orientamento longitudinale

Lo studio mostra una buona concordanza per i casi di carico applicati. I risultati sono riassunti in diagrammi che confrontano le resistenze di progetto del CBFEM e dell'FMM; si veda Fig. 7.3.5. I risultati mostrano che la differenza tra i due metodi di calcolo è in tutti i casi inferiore al 7 %.

Fig. 7.3.5 Verification of CBFEM to FMM for the uniplanar Plate to CHS T-joint\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.5 Verification of CBFEM to FMM for the uniplanar Plate to CHS T-joint}}}Fig. 7.3.5 Verification of CBFEM to FMM for the uniplanar Plate to CHS T-joint

Esempio di riferimento

Dati di input

Corrente principale

  • Acciaio S355
  • Sezione CHS219.1/5,0

Corrente secondario

  • Acciaio S355
  • Piastra 95/15 mm
  • Angolo tra il corrente secondario e il corrente principale 90° (trasversale)

Saldatura

  • Saldatura di testa attorno al corrente secondario

Carico applicato

  • Forza sul corrente secondario in compressione

Dimensione della rete

  • 64 elementi lungo la superficie dell'elemento cavo circolare

Risultati

  • La resistenza di progetto a compressione è NRd = 45,2 kN
  • La modalità di rottura di progetto è il punzonamento

Fig. 7.3.6 Boundary conditions for the uniplanar Plate to CHS T-joint\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 7.3.6 Boundary conditions for the uniplanar Plate to CHS T-joint}}}Fig. 7.3.6 Boundary conditions for the uniplanar Plate to CHS T-joint

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