Dimensionamento delle saldature

In IDEA StatiCa Connection, sono disponibili per tutti gli utenti due strategie di dimensionamento delle saldature:

• a piena resistenza
• con sovraresistenza

Per gli utenti Eurocode, sono disponibili altre due:

• a stima della capacità
• a duttilità minima

Il metodo di dimensionamento delle saldature è specificato nella finestra di dialogo Operazioni.

Quando si esegue il dimensionamento delle saldature, ogni saldatura d'angolo nel modello viene modificata in base al metodo di dimensionamento selezionato. In generale, la dimensione delle saldature aumenterà nel seguente ordine:

1. A stima della capacità
2. A duttilità minima
3. Piena resistenza
4. Con sovraresistenza

I metodi sono descritti in dettaglio di seguito. 

A stima della capacità

Il dimensionamento delle saldature a stima della capacità fornisce automaticamente dimensioni delle saldature appena sufficienti a trasferire i carichi impostati. 

La stima della capacità delle saldature è il primo utilizzo del machine learning in IDEA StatiCa. Al momento, è implementata solo per l'Eurocode. La resistenza della saldatura è determinata in base all'elemento di saldatura più sollecitato. Pertanto, lo sfruttamento della saldatura è fortemente non lineare. La resistenza dell'intera lunghezza è stimata da un algoritmo di machine learning basato sulla distribuzione delle tensioni lungo la lunghezza della saldatura.

Il dimensionamento delle saldature a stima della capacità richiede i risultati. La dimensione delle saldature d'angolo viene adeguata secondo la seguente formula:

$$a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target}$$

dove:

• $a_{new}$ – dimensione adeguata della saldatura d'angolo
• $a$ – dimensione della saldatura d'angolo precedentemente impostata
• $Ut_c$ – stima della capacità basata sull'algoritmo di machine learning, visibile nella verifica della saldatura 
• $Ut_{target}$ – sfruttamento obiettivo in Impostazioni → Progetto → Autoprogetto → Dimensionamento delle saldature

Il valore risultante $a_{new}$ viene arrotondato per eccesso in base a Preferenze → Unità applicazione → Arrotondamento nuova entità → Dimensione saldatura. 

Si noti che le dimensioni delle saldature sono limitate dalle regole costruttive, ad esempio la dimensione della saldatura non può essere inferiore a 3 mm (EN 1993-1-8 – 4.5.2). Queste regole costruttive vengono rispettate. Tenere inoltre presente che più saldature in IDEA StatiCa sono spesso definite da un unico valore. In questi casi, la dimensione viene impostata in base a quella più sfruttata.

È inoltre disponibile un ciclo di calcolo. Quando il metodo di dimensionamento delle saldature è impostato su stima della capacità, esso:

1. Dimensiona le saldature d'angolo a piena resistenza
2. Calcola il modello
3. Dimensiona le saldature d'angolo a stima della capacità
4. Calcola il modello

Le saldature vengono quindi impostate al di sotto o al livello dello sfruttamento obiettivo con un solo clic.

A duttilità minima

Il dimensionamento delle saldature a duttilità minima fornisce automaticamente collegamenti saldati sufficientemente resistenti da prevenire rotture fragili. La resistenza della saldatura consente la plasticizzazione iniziale della piastra, ma alla fine la saldatura si rompe.

Il requisito di duttilità minima dei giunti saldati è definito in FprEN 1993-1-8:2023 – 6.9(4). Deriva dall'allegato nazionale olandese di EN 1993-1-8, dove il rapporto fisso tra resistenza della saldatura e resistenza della piastra è 0,8. È incluso anche nei Green books del Regno Unito, ampiamente utilizzati, in particolare nei Capitoli C2 e C3. Tuttavia, il rapporto fisso è adatto solo per l'acciaio di grado S355. Nella seconda generazione dell'Eurocode, questo viene esteso a tutti i gradi di acciaio.

Questo requisito è verificato per le saldature d'angolo a doppio lato da:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}$$

dove:

• $a$ – spessore di gola della saldatura
• $t$ – spessore della piastra collegata per bordo
• $\beta_w$ – fattore di correlazione della saldatura 
• $\gamma_{M2}$ – coefficiente di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile nella configurazione normativa
• $f_y$ – tensione di snervamento della piastra
• $f_u$ – resistenza ultima della saldatura
• $\gamma_{M0}$ – coefficiente di sicurezza per le piastre; modificabile nella configurazione normativa

Lo spessore di gola della saldatura d'angolo a singolo lato è il doppio rispetto a quello della saldatura d'angolo a doppio lato.

Si noti che il metodo è utile per saldature caricate trasversalmente e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.

A piena resistenza

Il dimensionamento delle saldature a piena resistenza fornisce automaticamente saldature più resistenti della piastra collegata. Nel calcolo si assume che le piastre siano caricate a trazione e le saldature trasversalmente, come caso peggiore per la resistenza e la duttilità della saldatura. Questa progettazione è utile per evitare rotture fragili delle saldature per carichi statici.

Questo approccio è incluso anche nei Green books del Regno Unito, ampiamente utilizzati, in particolare nel Capitolo C1.

Questo requisito è verificato per le saldature d'angolo a doppio lato da:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }$$

dove:

• $a$ – spessore di gola della saldatura
• $t$ – spessore della piastra collegata per bordo
• $\beta_w$ – fattore di correlazione della saldatura 
• $\gamma_{M2}$ – coefficiente di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile nella configurazione normativa
• $f_y$ – tensione di snervamento della piastra
• $f_u$ – resistenza ultima della saldatura
• $\gamma_{M0}$ – coefficiente di sicurezza per le piastre; modificabile nella configurazione normativa

Si noti che il metodo è utile per saldature caricate trasversalmente e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.

Con sovraresistenza

Il dimensionamento delle saldature con sovraresistenza fornisce automaticamente saldature molto più resistenti della piastra collegata. Il fattore di sovraresistenza è specificato in Impostazioni → Progetto → Autoprogetto → Dimensionamento delle saldature. Il valore predefinito di 1,4 è tratto da EN 1993-1-8 – 6.2.3 (5) per la formazione di una cerniera plastica. 

Nel calcolo si assume che le piastre siano caricate a trazione e le saldature trasversalmente, come caso peggiore per la resistenza e la duttilità della saldatura. Questa progettazione è utile per evitare rotture fragili delle saldature in caso di progettazione plastica o carichi ciclici. Si noti che una grande dimensione della saldatura non garantisce automaticamente un'elevata duttilità. Al contrario, può portare a tensioni residue eccessive e deformazioni causate dalla contrazione della saldatura.

Questo requisito è verificato per le saldature d'angolo a doppio lato da:

$$a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}$$

dove:

• $a$ – spessore di gola della saldatura
• $t$ – spessore della piastra collegata per bordo
• $\beta_w$ – fattore di correlazione della saldatura 
• $\gamma_{M2}$ – coefficiente di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile nella configurazione normativa
• $f_y$ – tensione di snervamento della piastra
• $f_u$ – resistenza ultima della saldatura
• $\gamma_{M0}$ – coefficiente di sicurezza per le piastre; modificabile nella configurazione normativa
• $f_{overstrength}$ – fattore di sovraresistenza specificato in Impostazioni → Progetto → Autoprogetto → Dimensionamento delle saldature

Si noti che il metodo è utile per saldature caricate trasversalmente e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.