Modellazione e verifica giunti acciaio: quando rigidezza e resistenza si influenzano

r.saccon

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Buongiorno a tutti,
intanto ringrazio tutti i partecipanti e i creatori del forum, che danno una mano a giovani e curiosi ingegneri come me, discutendo di argomenti molto interessanti e scambiando opinioni e confrontandosi, cosa che ritengo essenziale nella nostra professione (ma purtroppo molto rara fuori di qui...la competizione è una brutta bestia).
Vi sottopongo un dilemma che non mi fa dormire la notte: corretta modellazione di strutture in acciaio, intelaiate, che presentano svariate tipologie di nodi.

Come si fa a dimensionare un nodo “a priori”? Il dimensionamento dovrebbe essere frutto delle azioni che “passano” per quel nodo, ma a sua volta il dimensionamento del nodo ne determina la rigidezza! E la rigidezza del nodo a sua volta determina cosa “passa” per quel nodo, e la distribuzione delle azioni sulle aste, a seconda che sia più cerniera o più vincolo rigido.

E dunque, per assurdo, è come un “processo iterativo”, dove la definizione di una cosa determina il cambiamento di un’altra… e questa cosa, che trovo abbastanza complicata, mi chiedo come sia “risolta” da chi le strutture in acciaio le fa da decenni…quando magari ancora la rigidezza dei nodi non era così facilmente calcolabile nemmeno coi FEM (mi sembra che solo da alcuni anni software come IdeaStatica permettano l’analisi accurata delle varie tipologie di nodi).
Per questo mi chiedo: dieci anni fa, come venivano progettate e soprattutto verificate in maniera “veloce” (coi tempi che la professione ti impone) strutture in acciaio e relativi nodi (soprattutto nodi a momento)?

Vi ringrazio davvero molto per il supporto che date, soprattutto a chi mette la propria esperienza e il proprio tempo a disposizione di chi vuole imparare.

Cordialmente,
Ing. Riccardo Saccon
 
Considera che anche i modi di vibrare dipendono dalle rigidezze e quindi anche l'azione varia nelle iterazioni.
In realtà nelle modellazioni cerniere o incastri (avendo ben presente come si dovrà realizzare il nodo).
 
Da ignorante, non potrebbe essere semplicemente che si ipotizza uno schema statico e poi si fa che i dettagli costruttivi collimino con lo schema statico ipotizzato? Alla fine, se il nodo non è semirigido, non dovresti aver troppo problemi.

Chiaramente questo si scontra con il fatto che se uno fa i nodi a cavolo, difficilmente non avrà nodi semirigidi...
 
Da ignorante, non potrebbe essere semplicemente che si ipotizza uno schema statico e poi si fa che i dettagli costruttivi collimino con lo schema statico ipotizzato? Alla fine, se il nodo non è semirigido, non dovresti aver troppo problemi.

Chiaramente questo si scontra con il fatto che se uno fa i nodi a cavolo, difficilmente non avrà nodi semirigidi...
Infatti è come hai detto.
 
Infatti è come hai detto.
Non sono così d'accordo.
In una struttura a telaio, i nodi difficilmente sono "progettabili" così come è la realtà della modellazione.
Un semplice portale, ad esempio, non può avere due cerniere, e difficilmente si potrà potrà progettare un nodo rigido.
In questo caso, il nodo fa passare momento, essendo semirigido.. e qui nasce l'inghippo.
In ogni caso la mia domanda era riferita a come si risolverebbero (o si risolvevano) questioni complesse, non a come si potrebbero "ovviare" :D
 
Non sono così d'accordo.
In una struttura a telaio, i nodi difficilmente sono "progettabili" così come è la realtà della modellazione.
Un semplice portale, ad esempio, non può avere due cerniere, e difficilmente si potrà potrà progettare un nodo rigido.
In questo caso, il nodo fa passare momento, essendo semirigido.. e qui nasce l'inghippo.
In ogni caso la mia domanda era riferita a come si risolverebbero (o si risolvevano) questioni complesse, non a come si potrebbero "ovviare" :D
rileggi quanto scritto sopra: abbiamo in sintesi affermato che sapendo come potrai realizzare i nodi nella realtà, dovrai decidere l'organizzazione strutturale.
E, per inciso, il tuo esempio è sbagliato: se ho due cerniere in testa ad un portale monocampata posso avere l'incastro al piede dei ritti e quindi la struttura non risulta labile.
 
Non sono così d'accordo.
In una struttura a telaio, i nodi difficilmente sono "progettabili" così come è la realtà della modellazione.
Un semplice portale, ad esempio, non può avere due cerniere, e difficilmente si potrà potrà progettare un nodo rigido.
In questo caso, il nodo fa passare momento, essendo semirigido.. e qui nasce l'inghippo.
In ogni caso la mia domanda era riferita a come si risolverebbero (o si risolvevano) questioni complesse, non a come si potrebbero "ovviare" :D

Cosa intendi con "difficilmente si potrà progettare un nodo rigido"? I nodi rigidi esistono. Puoi vedere una definizione di nodo rigido nell'EN 1993-1-8. Ripeto: se uno fa i nodi senza pensare o quelli che gli passa il carpentiere o il disegnatore sulla base dell'esperienza allora è probabile che vi siano dei problemi.

In sintesi è che se uno si mette davvero a guardare i nodi in acciaio, sono molto più costosi da realizzare quando non sono semirigidi.

Se non vuoi fare la progettazione dei nodi perché pensi che costino troppo... Allora dovrai fare le analisi con le rigidezze stimate dei nodi e verificare a posteriori che il nodo sia verificato.
 
Cosa intendi con "difficilmente si potrà progettare un nodo rigido"? I nodi rigidi esistono. Puoi vedere una definizione di nodo rigido nell'EN 1993-1-8. Ripeto: se uno fa i nodi senza pensare o quelli che gli passa il carpentiere o il disegnatore sulla base dell'esperienza allora è probabile che vi siano dei problemi.

In sintesi è che se uno si mette davvero a guardare i nodi in acciaio, sono molto più costosi da realizzare quando non sono semirigidi.

Se non vuoi fare la progettazione dei nodi perché pensi che costino troppo... Allora dovrai fare le analisi con le rigidezze stimate dei nodi e verificare a posteriori che il nodo sia verificato.
Quello che intendevo dire! So benissimo che esistono i nodi rigidi. So anche che sono costosi da realizzare. E bisogna far incontrare le esigenze di progettazione con quelle economiche.
Detto questo, credevo che la mia discussione prendesse una piega più costruttiva che "polemica". Ho solo chiesto come si faceva anni fa a dimensionare e verificare "facilmente" nodi a momento. O come li si gestiva. Di fatto vedo comunemente nodi di strutture in acciaio del tipo "semirigidi". Forse (ed è quello che chiedevo) l'approccio era semplicemente di considerarli cerniere, sovradimensionando magari le aste. Solo che anche li mi nasce un dubbio...strutturalmente, se NON erano pensati per far passare momento, visto che per il fatto di essere semirigidi ce ne passa, i componenti reggono a queste "sovratensioni"?
Forse sono solo pippe, ma è un forum di ingegneri, e qui cerco di confrontarmi, di chiedere..questa dovrebbe essere la natura di un forum.
Se poi le risposte sono del tipo "progetta cerniere e verifica cerniere", ecco, questa è la risposta ad una domanda che non ho fatto..
 
Quello che intendevo dire! So benissimo che esistono i nodi rigidi. So anche che sono costosi da realizzare. E bisogna far incontrare le esigenze di progettazione con quelle economiche.
Detto questo, credevo che la mia discussione prendesse una piega più costruttiva che "polemica". Ho solo chiesto come si faceva anni fa a dimensionare e verificare "facilmente" nodi a momento. O come li si gestiva. Di fatto vedo comunemente nodi di strutture in acciaio del tipo "semirigidi". Forse (ed è quello che chiedevo) l'approccio era semplicemente di considerarli cerniere, sovradimensionando magari le aste. Solo che anche li mi nasce un dubbio...strutturalmente, se NON erano pensati per far passare momento, visto che per il fatto di essere semirigidi ce ne passa, i componenti reggono a queste "sovratensioni"?
Forse sono solo pippe, ma è un forum di ingegneri, e qui cerco di confrontarmi, di chiedere..questa dovrebbe essere la natura di un forum.
Se poi le risposte sono del tipo "progetta cerniere e verifica cerniere", ecco, questa è la risposta ad una domanda che non ho fatto..

Scusa, non intendevo fare polemica. Però è che la domanda è alquanto bizzarra e quindi ho risposto così solo perché mi pare molto strana. Probabilmente comunque in passato molte strutture non hanno preso in considerazione tali aspetti, ed infatti i nodi in acciaio sono sempre stati dei grandi responsabili nei disastri (vedi Northridge).

Sicuramente in fase di predimensionamento magari puoi scampartela sovradimensionando le aste, ma non credo che vi sia un modo generale se hai tanti nodi semirigidi, di assicurarsi che nell'insieme della struttura un'analisi semplificata sia sufficiente.
 
... come si faceva anni fa a dimensionare e verificare "facilmente" nodi a momento. O come li si gestiva. Di fatto vedo comunemente nodi di strutture in acciaio del tipo "semirigidi". Forse (ed è quello che chiedevo) l'approccio era semplicemente di considerarli cerniere, ...
Ciao r.saccon
Le considerazioni che hai fatto sono corrette.
A rigore un nodo di acciaio ha una sua rigidezza che influenza la distribuzione dei momenti sulle aste.
I casi estremi estremi sono
- Giunto Rigido, quando la trave è rigidamente connessa al pilastro e non consente alcuna rotazione relativa. In questo caso il vincolo è da considerarsi incastro.
Giunto1.jpg

- Giunto Svincolato in cui c'è una certa possibilità di rotazione tra pilastro e trave. In questo caso il vincolo è da considerarsi cerniera
Giunto2.jpg
In questi casi la modellazione del telaio complessivo diventa semplice.
Le aste con giunti rigidi sono incastrate tra loro (ed è il caso più frequente).
Le aste con giunti non in grado di trasmettere momento, si possono svincolare tra di loro.
Il voler considerare un giunto semirigido, cioè in grado di trasmettere momento solo parzialmente, è una complicazione enorme e non credo sia neppure calcolabile. Bisognerebbe assegnare ad ogni nodo una sua rigidezza flessionale che non è neppure lineare rispetto al momento trasmesso.
Non è possibile seguire questa strada.
Oggi è possibile esaminare un giunto dal punto di vista meccanico, con programmi tipo "Ansys" che con algoritmi complessi relativi al contatto e all'attrito riescono a determinare la porzione di giunto che si stacca dalla colonna e e la tensione dei bulloni.
Ma sono cose al di fuori dell'ambito civile e difficilmente gestibili.
Non si sa neppure quanto possono essere affidabili calcoli così complessi.
Noi abbiamo bisogno di calcoli semplici e affidabili perchè lo scopo ultimo è la sicurezza delle costruzioni.
Allora non andiamo a impelagarci in procedure non affidabili, al contrario dobbiamo aumentare la sicurezza in caso di dubbio.
Allora, salvo casi particolari, si considerano i giunti sempre rigidi e si controlla che quel giunto sia in grado di trasmettere tutto il momento che deriva dall'incastro.
Il calcolo dei bulloni si fa considerando il giunto rigido.
Se ci sono dei dubbi sulla effettiva rigidezza del nodo, allora si può fare una modellazione FEM del nodo per vedere come si comportano le lamiere di sui è composto ed eventualmente si aumentano gli spessori.

Per questo mi chiedo: dieci anni fa, come venivano progettate e soprattutto verificate in maniera “veloce”

Dieci anni fa si progettavano, come oggi, considerando i nodi rigidi con piastre di spessore adeguato.
Quando non c'erano i computer per calcolare i momenti, si calcolavano le travi col momento momento massimo q*l^2/8 e i nodi con un momento di incastro analogo o leggermente inferiore.
Non c'era la possibilità del calcolo FEM, però, considerando le singole piastre ed avendo a disposizione le sollecitazioni sui bulloni, si poteva calcolare sommariamente anche gli sforzi sulle singole piastre.
Insomma, oggi abbiamo più mezzi a disposizione, ma occorre sempre l'acume del progettista per non commettere errori.
Quindi è bene porsi delle domande anche se sembrano delle fisime.
Ciao a tutti
 
ho iniziato a bazzicare gli studi nel passaggio epocale tra dm96 e opcm2003/ntc08.

storicamente si considerano cerniere o incastri. come diceva @Betoniera. in questo modo si possono controllare i risultati e si impone a priori uno schema, verificando che le forze sull'asta passassero al nodo. era tutto un discorso di resistenza e non di rigidezza.

ad oggi mi è capitato per strutture "importanti" (coperture di aeroporti/stadi o un silos ferroviario in Polonia grosso quanto il Colosseo praticamente) di effettuare analisi di rigidezza del nodo (che va modellato a parte, imposta poi una rampa di carichi/deformazioni e si va a graficare il diagramma "momento/curvatura" del nodo stesso. è possibile poi ricavare una molla con le sei componenti di rigidezza.

tornare nel modello generale ad aste ed al posto del nodo rigido, inserire una molla rotazionale con le componenti di rigidezza prima determinate.

questo permette di avere una redistribuzione degli sforzi sulle aste e un diverso campo di spostamenti. è possibile reiterare volendo, ma per esperienza personale già alla seconda iterazione le variazioni sono inferiori alle incertezze sui carichi (vento sisma ecc)
 
... come si faceva anni fa a dimensionare e verificare "facilmente" nodi a momento. O come li si gestiva. Di fatto vedo comunemente nodi di strutture in acciaio del tipo "semirigidi". Forse (ed è quello che chiedevo) l'approccio era semplicemente di considerarli cerniere, ...
Ciao r.saccon
Le considerazioni che hai fatto sono corrette.
A rigore un nodo di acciaio ha una sua rigidezza che influenza la distribuzione dei momenti sulle aste.
I casi estremi estremi sono
- Giunto Rigido, quando la trave è rigidamente connessa al pilastro e non consente alcuna rotazione relativa. In questo caso il vincolo è da considerarsi incastro.
Visualizza allegato 1239

- Giunto Svincolato in cui c'è una certa possibilità di rotazione tra pilastro e trave. In questo caso il vincolo è da considerarsi cerniera
Visualizza allegato 1240
In questi casi la modellazione del telaio complessivo diventa semplice.
Le aste con giunti rigidi sono incastrate tra loro (ed è il caso più frequente).
Le aste con giunti non in grado di trasmettere momento, si possono svincolare tra di loro.
Il voler considerare un giunto semirigido, cioè in grado di trasmettere momento solo parzialmente, è una complicazione enorme e non credo sia neppure calcolabile. Bisognerebbe assegnare ad ogni nodo una sua rigidezza flessionale che non è neppure lineare rispetto al momento trasmesso.
Non è possibile seguire questa strada.
Oggi è possibile esaminare un giunto dal punto di vista meccanico, con programmi tipo "Ansys" che con algoritmi complessi relativi al contatto e all'attrito riescono a determinare la porzione di giunto che si stacca dalla colonna e e la tensione dei bulloni.
Ma sono cose al di fuori dell'ambito civile e difficilmente gestibili.
Non si sa neppure quanto possono essere affidabili calcoli così complessi.
Noi abbiamo bisogno di calcoli semplici e affidabili perchè lo scopo ultimo è la sicurezza delle costruzioni.
Allora non andiamo a impelagarci in procedure non affidabili, al contrario dobbiamo aumentare la sicurezza in caso di dubbio.
Allora, salvo casi particolari, si considerano i giunti sempre rigidi e si controlla che quel giunto sia in grado di trasmettere tutto il momento che deriva dall'incastro.
Il calcolo dei bulloni si fa considerando il giunto rigido.
Se ci sono dei dubbi sulla effettiva rigidezza del nodo, allora si può fare una modellazione FEM del nodo per vedere come si comportano le lamiere di sui è composto ed eventualmente si aumentano gli spessori.

Per questo mi chiedo: dieci anni fa, come venivano progettate e soprattutto verificate in maniera “veloce”

Dieci anni fa si progettavano, come oggi, considerando i nodi rigidi con piastre di spessore adeguato.
Quando non c'erano i computer per calcolare i momenti, si calcolavano le travi col momento momento massimo q*l^2/8 e i nodi con un momento di incastro analogo o leggermente inferiore.
Non c'era la possibilità del calcolo FEM, però, considerando le singole piastre ed avendo a disposizione le sollecitazioni sui bulloni, si poteva calcolare sommariamente anche gli sforzi sulle singole piastre.
Insomma, oggi abbiamo più mezzi a disposizione, ma occorre sempre l'acume del progettista per non commettere errori.
Quindi è bene porsi delle domande anche se sembrano delle fisime.
Ciao a tutti
Buongiorno e salve a tutti,
trovo molto valida l'interpretazione di @Betoniera sull'argomento.

"Allora, salvo casi particolari, si considerano i giunti sempre rigidi e si controlla che quel giunto sia in grado di trasmettere tutto il momento che deriva dall'incastro. "

Considerando comunque di trattare analisi lineari con fattore di struttura pari a <1,5, per "momento che deriva dall'incastro" si intende il momento massimo derivante dal calcolo elastico-lineare e non il momento plastico della trave collegata al nodo giusto?.

Grazie a betoniera (che seguo da tempo) ed un saluto a tutti
 
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