CALCOLO DELLE UNIONI BULLONATE: VERIFICHE SECONDO IL METODO DELLE TENSIONI

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1 UNIVERSITÁ DEGLI STUDI DI BERGAMO Facoltà di Ingegneria COSTRUZIONE DI MACCHINE Prof. Sergio Baragetti CALCOLO DELLE UNIONI BULLONATE: VERIFICHE SECONDO IL METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO TAGLIO) E AGLI STATI LIMITE RIFERIMENTI NORMATIVI E BIBLIOGRAFIA: BARAGETTI S., TERRANOVA A., PROGETTO E CALCOLO DI SISTEMI MECCANICI, HOEPLI BALLIO G., MAZZOLANI F.M., STRUTTURE IN ACCIAIO, HOEPLI CNR UNI Eurocodice3 (UNI EN 1993) DM 14 gennaio 2008, Norme Tecniche 1

2 CALCOLO DI UNIONI BULLONATE: METODI DI VERIFICA TENSIONI AMMISSIBILI E un metodo di verifica strutturale di tipo deterministico (considera i valori medi delle grandezze) Utilizza leggi costitutive σ - ε lineari Verifica sezioni critiche eseguita rispetto alle tensioni massime, ad esempio: σ max < σ amm τ max < τ amm Rif.: [CNR-UNI 10011] STATI LIMITE E un metodo di verifica strutturale di tipo semiprobabilistico (distribuzione probabilistica e utilizzo di coefficienti parziali di sicurezza e di combinazione) Leggi costitutive lineari o non lineari (superamento dello snervamento e ridistribuzione delle tensioni) Verifica di ogni sezione della struttura: R d > E d Rif.: [Normativa Tecnica DM ; UNI EN (Eurocodici)] 2

3 UNIONI BULLONATE: CLASSIFICAZIONE BULLONI Normativa Tecnica DM 14/01/08 Bullone Rosetta [UNI EN ISO 898-1:2001] Dado e controdado Rosetta elastica (Grower) CNR UNI [UNI 3740] Normali AR 3

4 ACCIAI PER STRUTTURE METALLICHE: Normativa Tecnica DM

5 UNIONI BULLONATE: CALCOLO 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) 5

6 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) UNIONI BULLONATE A TAGLIO: COMPORTAMENTO 6

7 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) UNIONI BULLONATE A TAGLIO: IPOTESI PER IL CALCOLO 7

8 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) I) VERIFICA DELLE VITI A TAGLIO 8

9 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) I) VERIFICA DELLE VITI A TAGLIO (2) 9

10 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) II) VERIFICA ELEMENTI INDEBOLITI DAI FORI 10

11 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) III) VERIFICA A RIFOLLAMENTO DEGLI ELEMENTI CONNESSI (PIASTRE) 11

12 1. METODO DELLE TENSIONI AMMISSIBILI (SOLO A TAGLIO) IV) DISPOSIZIONI COSTRUTTIVE 12

13 UNIONI BULLONATE: CALCOLO 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE Riferimenti normativi: Norme Tecniche per le Costruzioni di cui al DM Eurocodice 3: UNI EN 1993 Unioni con bulloni: 1. Nonprecaricati:sipossonoimpiegarevitiditutteleclassi(da4.6a10.9) 2. Precaricati: si devono impiegare bulloni ad alta resistenza(8.8, 10.9) Unioni sottoposte a taglio e/o trazione 13

14 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE DISPOSIZIONI COSTRUTTIVE SECONDO LE NORME TECNICHE (DM ) 14

15 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI NON PRECARICATI I) VERIFICA DELLE VITI A TAGLIO F F v,ed v,rd F v,ed = forza scambiata tra vite e piastra sul piano di taglio considerato F v,rd = resistenza di calcolo al taglio per la vite considerata 0. 6 ftbares (bulloni classi 4.6, 5.6, 8.8) γ M ftbares Fv,Rd = (bulloni classi 6.8, 10.9) γm ftba (se il piano di taglio interessa la parte non filettata γm2 f tb = resistenza a rottura del materiale impiegato per realizzare il bullone γ M2 = coefficiente di sicurezza = 1.25 A res = sezione resistente della parte filettata della vite A = sezione resistente della parte non filettata della vite della vite) 15

16 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI NON PRECARICATI II) VERIFICA A TRAZIONE DEGLI ELEMENTI CONNESSI (PIASTRE) N Ed N t,rd = minn A f 0. 9 A f ( ) yk net tk pl,rd;nu,rd = min ; γm0 γm2 N Ed = forza di trazione agente sull elemento strutturale (azione assiale di calcolo) N t,rd = resistenza di calcolo a trazione dell elemento N pl,rd = resistenza plastica della sezione lorda dell elemento (senza depurarla dai fori) N u,rd = resistenza a rottura della sezione netta dell elemento (depurandola dai fori) A = area della sezione resistente lorda dell elemento A net = area della sezione resistente netta dell elemento f yk = carico di snervamento del materiale di cui è costituito l elemento f tk = resistenza a rottura del materiale di cui è costituito l elemento γ M0 = coefficiente di sicurezza = 1.05 γ M2 = coefficiente di sicurezza =

17 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI NON PRECARICATI III) VERIFICA A RIFOLLAMENTO DEGLI ELEMENTI CONNESSI F v,ed F b,rd = k α f γ tk M2 d t F v,ed = forza scambiata tra vite e piastra considerata F b,rd = resistenza di calcolo a rifollamentodella piastra dell unione considerata f tk = resistenza a rottura del materiale della piastra γ M2 = coefficiente di sicurezza = 1.25 t = spessore della piastra; d = diametro nominale della vite α= min {e 1 /(3d 0 ); f tb /f tk ; 1} per bulloni di bordo nella direzione del carico applicato α= min {p 1 /(3d 0 ) 0.25; f tb /f tk ; 1} per bulloni interni nella direzione del carico applicato k = min {2.8 e 2 /d 0 1.7; 2.5} per bulloni di bordo nella direzione perpendicolare al carico k = min {1.4 p 2 /d 0 1.7; 2.5} per bulloni interni nella direzione perpendicolare al carico d 0 = d+1 mm con d 14 mm; d+2 mm con 16 mm d 24 mm; d+3 mm con d 27 mm 17

18 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI NON PRECARICATI IV) VERIFICA A TRAZIONE DEI BULLONI F t,ed F t,rd = 0. 9 A γ res M2 f tb F t,ed = forza di trazione agente sul bullone F t,rd = resistenza di calcolo a trazione del bullone A res = area della sezione di nocciolo della vite f tb = resistenza a rottura del materiale della vite γ M2 = coefficiente di sicurezza =

19 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI NON PRECARICATI IV) VERIFICA A PUNZONAMENTO DEGLI ELEMENTI CONNESSI (PIASTRE) F t,ed B p,rd = 0. 6 π d γ m M2 t p f tk F t,ed = forza di trazione applicata alla vite B p,rd = resistenza a punzonamentodel piatto collegato f tk = resistenza a rottura del materiale della piastra γ M2 = coefficiente di sicurezza = 1.25 t p = spessore della piastra d m = minimo tra il diametro del dado e il diametro medio della testa del bullone 19

20 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI NON PRECARICATI V) VERIFICA DEI BULLONI CON STATO DISOLLECITAZIONE COMPOSTO F F v,ed v,rd con Ft,Ed F F t,ed F t,rd 1 t,rd 1 F t,ed = forza di trazione agente sulla vite F v,ed = forza di taglio agente sulla vite F t,rd = resistenza a trazione della vite F v,rd = resistenza a taglio della vite 20

21 2. VERIFICHE AGLI STATI LIMITE: BULLONI PRECARICATI UNIONI A TAGLIO PER ATTRITO CON BULLONI AD ALTA RESISTENZA: RESISTENZA DI CALCOLO ALLO SCORRIMENTO F s,sd F s,rd = n µ F γ M3 p,cd n = numero delle superfici di attrito μ=coefficientediattritotralepiastreacontattonelleunioniprecaricate:paria0.45quandole giunzioni sono sabbiate al metallo bianco e protette sino al serraggio dei bulloni, pari a 0.30 in tutti gli altri casi F p,cd = forza di precaricodel bullone: pari a 0.7 f tb A res in caso di serraggiocontrollato, altrimenti pari a 0.7 f tb A res /γ M7 γ M3 = coefficiente di sicurezza = 1.25 (stati limite ultimi) γ M7 = coefficiente di sicurezza =