Collegamenti nelle strutture

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1 1 Collegamenti nelle strutture Le tipologie delle unioni bullonate o saldate sono molteplici e dipendono essenzialmente da: caratteristiche dell unione: nell ambito di quelle bullonate si possono avere unioni con coprigiunti, con flange, normali o ad attrito; natura degli elementi strutturali da collegare: unioni fra travi, fra colonne, unioni travi-colonne, unioni per travature reticolari e controventi, unioni per fondazioni; schemi statici delle travi (appoggiate, incastrate o continue); natura dei vincoli che si vogliono realizzare nel collegamento. Nel seguito vengono riportati solo alcuni esempi di particolari costruttivi per il collegamento fra elementi diversi in acciaio [figg. 1 e 2]. Ci soffermiamo brevemente sulle unioni fra trave e trave, abbastanza comuni nel caso di ristrutturazioni o di modifiche in vecchie costruzioni, evidenziando in particolare i criteri da seguire per il progetto. fig.1

2 2 a) attacco a semplice appoggio travi secondarie con trave principale b) collegamento bullonato travi secondarie con trave principale fig.2 c) appoggio di capriata d) nodo di capriata

3 3 Il collegamento fra la trave secondaria e quella principale avviene in genere tramite un «nodo-cerniera», cioè con una unione in grado di trasferire lo sforzo di taglio dall anima della trave secondaria all anima della trave principale; questa unione può essere di due tipi: nodo-cerniera per travi appoggiate [fig. 3]; fig.3 nodo-cerniera per travi continue [fig. 4]. fig.4 Limitando il nostro studio solo al primo tipo di nodo, abbastanza frequente, la continuità della struttura fra le due travi si ottiene realizzando il collegamento mediante squadrette eseguite con profili angolari, scelte in funzione delle caratteristiche geometriche delle travi da collegare, e bulloni; il calcolo di verifica del «nodo-cerniera» consiste nella verifica di tutti gli elementi che lo compongono, cioè travi principale e secondaria, squadrette e bulloni. Questa verifica viene effettuata sulla base di alcune ipotesi [fig. 5]: a) la rigidezza a torsione della trave principale si considera nulla; b) i bulloni si considerano unicamente soggetti a sforzi di taglio. Con l ipotesi a) non vengono presi in considerazione i momenti torcenti che si manifestano sulle ali delle squadrette, in quanto si ipotizza che queste vengano a far parte integrante dell anima della trave principale che, pensata con rigidezza nulla, si può torcere trascinando così le squadrette, che non vengono quindi sollecitate a torsione; ne consegue che i bulloni del collegamento non vengono sollecitati a trazione ma solo a taglio (ipotesi b). fig.5

4 4 Le caratteristiche di sollecitazione vengono quindi determinate in base alle suddette ipotesi semplificative, che vengono tradotte graficamente in figura 6a per l unione con la trave secondaria, che trasmette lo sforzo di taglio V, e in figura 6b per l unione con la trave principale. fig.6 Si può ora studiare il collegamento riportato in figura 7 fra una trave secondaria e una principale, che trasmette uno sforzo di taglio V. fig.7 Nella sezione C-C si hanno le seguenti caratteristiche di sollecitazione [fig. 7]: V C = V [1] M C = V C a e in modo analogo per ognuna delle sezioni D-D si ha [fig. 7]: V D = V 2 M D = V 2 b [2]

5 5 Le [1] danno origine alle seguenti forze di taglio orizzontali H c e verticali V c che agiscono nei bulloni di collegamento alla trave secondaria, essendo n il loro numero [fig. 8a]: V C = V C n H C = M C h con risultante: [3] [4] R C = V C 2 + H 2 C [5] Analogamente le [2] danno origine alle forze [fig. 8b]: V D = T D n H D = M D h [6] [7] R D = V D 2 + H 2 D [8] Nel collegamento vengono in genere impiegati angolari ad ali uguali con bulloni di uguale diametro; inoltre la trave secondaria è meno caricata rispetto a quella principale e quindi presenta una sezione e, in particolare, uno spessore di anima più piccolo, per cui la sezione più sollecitata è la C-C [figg. 7a e 8a] e pertanto la verifica si effettua per tale sezione. Verifica dei bulloni Il gambo di ogni bullone presenta due sezioni simmetriche, una da una parte e l altra dall altra dell anima della trave secondaria, sollecitate a taglio, ognuna delle quali è quindi soggetta a uno sforzo di taglio con intensità R/2. fig.8 Verifica delle squadrette In corrispondenza della sezione C-C [fig. 7a], la coppia di squadrette è soggetta alle seguenti sollecitazioni: V C = V M C = V a In figura 9a è riportata la sezione delle due squadrette, distanziate della quantità t a corrispondente allo spessore dell anima della trave secondaria, nella quale è evidenziata la sezione resistente netta A n (zone più scure) delle due squadrette, corrispondente alla loro area depurata dei fori che vale: A n = 2 t h n d t essendo n il numero dei bulloni e d il diametro dei fori. Verifica della trave secondaria La forza con la quale viene serrato il bullone determina sul contorno del foro una pressione, detta pressione di rifollamento, riferita a una superficie rettangolare definita dalla proiezione del diametro d b del bullone sullo spessore t a dell anima della trave secondaria [fig. 9b]. fig.9