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Colonna di base โ€“ Colonna a sezione aperta in compressione

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

Questo รจ un capitolo selezionato dal libro Component-based finite element design of steel connections del prof. Wald et al. Il capitolo รจ incentrato sulla verifica della piastra di base di una colonna a sezione aperta soggetta a compressione.

Descrizione

In questo capitolo, il Metodo degli Elementi Finiti basato sui componenti (CBFEM) della piastra di base sotto una colonna in acciaio a sezione aperta soggetta a pura compressione viene verificato rispetto al metodo delle componenti (CM). Lo studio รจ preparato per la sezione trasversale della colonna, le dimensioni della piastra di base, la classe delย calcestruzzo e le dimensioni del blocco di calcestruzzo.

Metodo delle componenti

Vengono prese in considerazione tre componenti: flangia e anima della colonna in compressione, calcestruzzo inย compressione inclusa la malta di livellamento, saldature. La componente flangia e anima della colonna in compressione รจย descritta in EN 1993-1-8:2005 Cl. 6.2.6.7. Il calcestruzzo in compressione inclusa la malta di livellamento รจย modellato secondo EN 1993-1-8:2005 Cl. 6.2.6.9 e ENย 1992-1-1:2005 Cl. 6.7. Per determinare la resistenza vengono utilizzate due iterazioni dell'area efficace.

La saldatura รจ progettata attorno alla sezione trasversale della colonna; vedere EN 1993-1-8:2005 Cl. 4.5.3.2(6). Lo spessore della saldatura sulle flange รจ scelto uguale allo spessore della saldatura sull'anima. La forza di taglio รจ trasferita solo dalle saldature sull'anima e si considera una distribuzione plastica delle tensioni.

Piastra di base sotto HEB 240

Questo studio รจ incentrato sulla componente calcestruzzo in compressione inclusa la malta di livellamento. Un esempio di calcolo รจ mostrato di seguito per il blocco di calcestruzzo con dimensioni a' = 1000 mm, b' = 1500 mm, h = 800 mmย di classe C20/25 con piastra di base con dimensioni a = 330 mm, b = 440 mm, t = 20 mmย in acciaio S235; vedere Fig. 8.1.2.

ย La resistenza del giunto del calcestruzzo รจ calcolata sotto l'area efficace in compressione attorno alla sezione trasversale; vedere Fig. 8.1.1, iterando in due passi.

Per il 1ยฐ passo si ha:

fjd=ฮฒjkjfckฮณc=0.67โ‹…2.908โ‹…201.5=26ย MPaf_{jd} = \frac{\beta_j k_j f_{ck}}{\gamma_c} = \frac{0.67 \cdot 2.908 \cdot 20}{1.5} = 26 \textrm{ MPa}fjdโ€‹=ฮณcโ€‹ฮฒjโ€‹kjโ€‹fckโ€‹โ€‹=1.50.67โ‹…2.908โ‹…20โ€‹=26ย MPa

c=tfy3fjdฮณM0=202353โ‹…26โ‹…1.0=35ย mmc = t \sqrt{\frac{f_y}{3f_{jd} \gamma_{M0}}} = 20 \sqrt{\frac{235}{3 \cdot 26 \cdot 1.0}} = 35 \textrm{ mm}c=t3fjdโ€‹ฮณM0โ€‹fyโ€‹โ€‹โ€‹=203โ‹…26โ‹…1.0235โ€‹โ€‹=35ย mm

ย leff=b+2c=240+2โ‹…35=310ย mml_{eff} = b+2c = 240+2\cdot35=310 \textrm{ mm}leffโ€‹=b+2c=240+2โ‹…35=310ย mm

ย beff=tf+2c=17+2โ‹…35=87ย mmb_{eff} = t_f+2c = 17+2\cdot35=87\textrm{ mm}beffโ€‹=tfโ€‹+2c=17+2โ‹…35=87ย mm

e per il 2ยฐ passo si ha:

fjd=ฮฒjkjfckฮณc=0.67โ‹…3โ‹…201.5=27ย MPaf_{jd} = \frac{\beta_j k_j f_{ck}}{\gamma_c} = \frac{0.67 \cdot 3 \cdot 20}{1.5} = 27 \textrm{ MPa}fjdโ€‹=ฮณcโ€‹ฮฒjโ€‹kjโ€‹fckโ€‹โ€‹=1.50.67โ‹…3โ‹…20โ€‹=27ย MPa

c=tfy3fjdฮณM0=202353โ‹…27โ‹…1.0=34ย mmc = t \sqrt{\frac{f_y}{3f_{jd} \gamma_{M0}}} = 20 \sqrt{\frac{235}{3 \cdot 27 \cdot 1.0}} = 34 \textrm{ mm}c=t3fjdโ€‹ฮณM0โ€‹fyโ€‹โ€‹โ€‹=203โ‹…27โ‹…1.0235โ€‹โ€‹=34ย mm

ย leff=b+2c=240+2โ‹…35=308ย mml_{eff} = b+2c = 240+2\cdot35=308 \textrm{ mm}leffโ€‹=b+2c=240+2โ‹…35=308ย mm

ย beff=tf+2c=17+2โ‹…35=85ย mmb_{eff} = t_f+2c = 17+2\cdot35=85\textrm{ mm}beffโ€‹=tfโ€‹+2c=17+2โ‹…35=85ย mm

Aeff=63463ย mm2A_{eff} = 63463 \textrm{ mm}^2Aeffโ€‹=63463ย mm2

Fig. 8.1.1 Area efficace sotto la piastra di base

La resistenza alla forza normale della piastra di base con il CM รจ

NRd=Aeffโ‹…fjd=63436โ‹…27=1701ย kNN_{Rd} = A_{eff} \cdot f_{jd} = 63436 \cdot 27 = 1701 \textrm{ kN}NRdโ€‹=Aeffโ€‹โ‹…fjdโ€‹=63436โ‹…27=1701ย kN

Le tensioni calcolate con il CBFEM sono presentate in Fig. 8.1.2. La resistenza alla forza normale di compressione della piastra di base con il CBFEM รจ 1683 kN.

Fig. 8.1.2 Geometria del blocco di calcestruzzo e tensioni normali sotto la piastra di base caricata dalla sola forza normale

Studio di sensibilitร 

I risultati del software CBFEM sono stati confrontati con i risultati del metodo delle componenti. Il confronto รจ stato incentrato sulla resistenza e sulla componente critica. I parametri studiati sono la dimensione della colonna, le dimensioni della piastra di base, la classe del calcestruzzo e le dimensioni del blocco di calcestruzzo. Le sezioni trasversali della colonna sono HEB 200, HEB 300 e HEB 400. La larghezza e la lunghezza della piastra di base sono scelte come 100ย mm, 150ย mm e 200ย mm maggiori della sezione della colonna, lo spessore della piastra di base 15ย mm, 20ย mm e 25ย mm. Il blocco di calcestruzzo di classe C16/20, C25/30 e C35/45 di altezza 800ย mm con larghezza e lunghezza maggiori delle dimensioni della piastra di base di 200ย mm, 300ย mm e 400ย mm. I parametri di input sono riassunti nella Tab.ย 8.1.1. Le saldature d'angolo attorno alla sezione trasversale della colonna hanno spessore di gola aย = 8ย mm.

Tab. 8.1.1 Parametri selezionati

Sezione della colonnaHEB 200HEB 300HEB 400
Sporgenza piastra di base100 mm150 mm200 mm
Spessore piastra di base15 mm20 mm25 mm
Classe del calcestruzzoC16/20C25/30C35/45
Sporgenza blocco di calcestruzzo200 mm300 mm400 mm

Le resistenze determinate con il CM sono riportate nella Tab. 8.1.2. Un parametro รจ stato variato mentre gli altri sono stati mantenuti costanti al valore intermedio. NRd รจ la resistenza della componente calcestruzzo in compressione inclusa la malta di livellamento, Fc,fc,Rd รจ la resistenza della componente flangia e anima della colonna in compressione e Fc,weld รจ la resistenza delle saldature considerando una distribuzione uniforme delle tensioni. รˆ stato utilizzato il coefficiente di giunto ฮฒj = 0,67.

Tabella 8.1.2 Risultati del metodo delle componenti

ColonnaSporg. p.b. [mm]Spess. p.b. [mm]CalcestruzzoSporg. b.c. [mm]NRd [kN]2.Fc,fc,Rd [kN]Fc,weld [kN]
HEB 20015020C25/30300175316322454
HEB 30015020C25/30300235231263466
HEB 40015020C25/30300257940403822
HEB 30010020C25/30300229631263466
HEB 30020020C25/30300240831263466
HEB 30015015C25/30300190931263466
HEB 30015025C25/30300279531263466
HEB 30015020C16/20300178931263466
HEB 30015020C35/45300290831263466
HEB 30015020C25/30200206431263466
HEB 30015020C25/30400251731263466

Il modello in CBFEM รจ stato caricato dalla forza di compressione fino a quando il blocco di calcestruzzo era molto vicino al 100ย %. Lo stesso approccio รจ stato utilizzato per ottenere la resistenza delle saldature Fc,weld.

Tabella 8.1.3 Risultati del CBFEM

ColonnaSporg. p.b. [mm]Spess. p.b. [mm]Classe calcestruzzoSporg. b.c. [mm]Blocco di calcestruzzo [kN]Fc,weld o Fc,Rd [kN]
HEB 20015020C25/3030015651835
HEB 30015020C25/3030023803205
HEB 40015020C25/3030027103650
HEB 30010020C25/3030023853205
HEB 30020020C25/3030024203205
HEB 30015015C25/3030018703204
HEB 30015025C25/3030029153204
HEB 30015020C16/2030018503205
HEB 30015020C35/4530029753205
HEB 30015020C25/3020023803205
HEB 30015020C25/3040024203205

Sommario

La verifica del CBFEM rispetto al CM per la piastra di base caricata in compressione รจ mostrata in Fig. 8.1.3. Le linee tratteggiate corrispondono al 110% e al 90ย % del valore di resistenza. La differenza รจ fino al 14ย % a causa di una valutazione piรน accurata della resistenza di progetto a compressione del giuntoย e dell'area efficaceย nel CBFEM.

Fig. 8.1.3 Verifica del CBFEM rispetto al CM per la piastra di base caricata in compressione

Caso di riferimento

Dati di input

Sezione trasversale della colonna

  • HEB 240
  • Acciaio S235

Piastra di base

  • Spessore 20 mm
  • Sporgenze: superiore 100 mm, sinistra 45 mm
  • Acciaio S235

Blocco di calcestruzzo di fondazione

  • Calcestruzzo C20/25
  • Sporgenza 335 mm, 530 mm
  • Profonditร  800 mm
  • Spessore malta di livellamento 30 mm

Bullone di ancoraggio

  • M20 8.8

Risultati

  • Resistenza alla forza assiale Nj.Rd = โˆ’1683ย kN
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