Collegamento bullonato - Interazione di taglio e trazione

Descrizione

L'obiettivo di questo capitolo è la verifica del metodo degli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) per l'interazione di taglio e trazione in un bullone rispetto a un modello analitico (AM). Per la verifica è stato selezionato un giunto trave-trave con piastre d'estremità e due file di bulloni; vedere Fig. 5.5.1. La rigidezza flessionale del giunto è sufficientemente elevata da essere classificata come rigida.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.1 Joint arrangement of bolted beam-to-beam joint}}}$$

Modello analitico

La resistenza del bullone nell'interazione di taglio e trazione è progettata secondo la Tab. 3.4 nel capitolo 3.6.1 della EN 1993-1-8:2005. Viene utilizzata una relazione bilineare. La geometria e le dimensioni della piastra d'estremità del giunto sono selezionate per limitare la resistenza di progetto del giunto alla rottura del bullone. La resistenza di progetto del T-stub equivalente in trazione è modellata secondo la Tab. 6.2 nel capitolo 6.2.4 della EN 1993‑1‑8:2005.

Verifica della resistenza

I parametri del modello sono il diametro del bullone e la dimensione dell'elemento; vedere Figg. 5.5.2 a 5.5.5. Le dimensioni della piastra d'estremità e le distanze dei bulloni sono modificate per limitare la resistenza del giunto alla rottura del bullone. La resistenza a taglio e a flessione del giunto viene confrontata al carico di rottura del bullone. I risultati sono riassunti nelle Tab. 5.5.1 e 5.5.2.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.2 Sensitivity study for resistance in bending with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.3 Sensitivity study for resistance in bending with variation of beam dimension}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.4 Sensitivity study for resistance in shear with variation of bolt diameter}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.5 Sensitivity study for resistance in shear with variation of beam dimension}}}$$

Tab. 5.5.1 Studio di sensibilità per la resistenza con variazione del diametro del bullone

Tab. 5.5.2 Studio di sensibilità per la resistenza con variazione della dimensione dell'elemento

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Drawing 5.5.1 Joint geometry and dimensions}}}$$

I risultati degli studi di sensibilità sono riassunti nei grafici in Fig. 5.5.6 e 5.5.7. I risultati mostrano che le differenze tra i due metodi di calcolo sono inferiori al 10 %. Il modello analitico fornisce generalmente una resistenza maggiore.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.6 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to bending resistance of a joint}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5.5.7 Verification of CBFEM to AM for the interaction of shear and tension in bolt in case of loading to shear resistance of a joint}}}$$

Esempio di riferimento

Dati di input

Elementi collegati

• Acciaio S355
• Travi HEA300
• Spessore della piastra d'estremità t_p = 40 mm
• Dimensioni della piastra d'estremità 300 × 330 mm

Bulloni

• 4 × M24 8.8
• Distanze e₁ = 85 mm; p₁ = 160 mm; w₁ = 75 mm; w = 150 mm

Risultati

• Resistenza di progetto a flessione M_Rd = 93 kNm
• Resistenza di progetto a taglio V_Rd = 291 kN
• Il meccanismo di collasso è la rottura del bullone nell'interazione di taglio e trazione