Lezione Tecnica delle Costruzioni Classificazione dei collegamenti Tipi di collegamenti 1. Collegamento a parziale ripristino di resistenza In grado di trasmettere le caratteristiche di sollecitazione di progetto 2. Collegamento a completo ripristino di resistenza In grado di trasmettere le caratteristiche di sollecitazione ultime del meno resistente tra gli elementi collegati Tipi di collegamenti 1. Collegamento bullonati 2. Collegamenti saldati Resistenze da usare • Sempre i valori ultimi (non quelli di snervamento) Bulloni: fub Saldature: si dovrebbe usare fuw (resistenza della saldatura); per comodità la si riporta a fu del materiale base Collegamenti bullonati I bulloni Sono costituiti da: a) vite b) dado con testa esagonale e gambo filettato in tutta o in parte di forma esagonale I bulloni Sono costituiti da: c) rondella d) controdado sia del tipo elastico che rigido (o rosetta) (se necessario) per garantire che il dado non si sviti neanche in presenza di vibrazioni I bulloni Caratteristiche geometriche • diametro (nominale) individuato dalla lettera M più il diametro in mm diametro (mm) 12 14 16 sigla M12 M14 M16 18 20 22 24 27 30 M18 M20 M22 M24 M27 M30 • lunghezza tale da assicurare l’attraversamento degli elementi da collegare; non eccessiva per evitare sprechi e necessità di tagliare i pezzi in eccesso • lunghezza della parte filettata I bulloni Area nominale ed area resistente • la sezione si riduce in corrispondenza della filettatura sigla M12 M14 M16 M18 M20 M22 M24 M27 M30 A (mm2) 113 154 201 254 314 380 452 573 707 Ares (mm2) 84.3 115 157 192 245 303 353 459 581 Ares / A 0.75 0.75 0.78 0.75 0.78 0.80 0.78 0.80 0.82 I bulloni Classe di resistenza • Sigla che individua le caratteristiche dell’acciaio: due numeri separati da un punto – Primo numero: indica la tensione di rottura in MPa (divisa per 100: 4 → 400 MPa) – Secondo numero: indica il rapporto tra tensione di snervamento e di rottura (moltiplicato per 10: 6 → 0.6) bulloni ad alta resistenza • Classi previste dalle NTC08: classe 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9 fub (MPa) 400 500 600 800 1000 fyb (MPa) 240 300 480 640 900 NTC08, punto 4.2.8.1.1 I bulloni Diametri dei fori • condiziona sia la facilità di montaggio della struttura che la sua deformazione d d-d0 diametro bullone gioco foro-bullone diametro bullone d d0 diametro foro 12 14 16 18 20 NTC08 1 1 1 1 Eurocodice 3 1 1 2 2 22 24 27 30 1 1.5 1.5 1.5 1.5 2 2 2 3 3 Valori massimi del gioco foro-bullone (mm) • fori calibrati: d-d0 ≤ 0.3 mm usati per limitare al massimo le deformazioni indotte dallo scorrimento del bullone nel foro NTC08, punto 4.2.8.1.1 I bulloni Distanze tra fori e foro-bordo • limiti per le distanze minime, sia in direzione della forza trasmessa che perpendicolarmente e2 ≥ 1.2 d 0 p2 ≥ 2.4 d 0 e2 direzione di applicazione del carico e1 p1 p1 e1 tmin ≥ 2.2 d0 NTC08, punto 4.2.8.1.1, Tab. 4.2.XIII I limiti nascono da problemi di resistenza della lamiera ≥ 1.2 d0 I bulloni Distanze tra fori e foro-bordo • limiti per le distanze massime, sia in direzione della forza trasmessa che perpendicolarmente Distanze massime Esposizione ad fenomeni corrosivi o ambientali Unioni esposte Unioni non esposte e1 4 t + 40 mm -- e2 4 t + 40 mm -- p1 min(14t; 200mm) min(14t; 200mm) p2 min(14t; 200mm) min(14t; 200mm) L’instabilità del piatto tra i bulloni non deve essere considerata se p1 < 9 235 fy t I limiti nascono da problemi NTC08, punto 4.2.8.1.1, Tab. 4.2.XIII di durabilità e resistenza della lamiera I bulloni Serraggio • Serraggio: – importante per garantire un buon comportamento e limitare deformabilità – fondamentale nelle unioni ad attrito • Forza di precarico: Fp,Cd fub Ares = 0.7 γ M7 NTC08, punto 4.2.8.1.1 γ M7 = 1.10 Collegamenti bullonati Modalità di comportamento 1. Con bulloni sollecitati a trazione NEd 2. Con bulloni sollecitati a taglio NEd NEd In alternativa: ad attrito NEd Collegamenti bullonati Modalità di comportamento 3. Con bulloni sollecitati a trazione e taglio NEd VEd VEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione Meccanismi di rottura NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione Meccanismi di rottura NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione Meccanismi di rottura 1. Rottura dei bulloni a trazione NEd NEd NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione Meccanismi di rottura 1. Rottura dei bulloni a trazione NEd NEd NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione Meccanismi di rottura 1. Rottura dei bulloni a trazione NEd NEd 2. Punzonamento della piastra NEd NEd Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 1. Rottura dei bulloni a trazione NEd NEd La tensione nel bullone per effetto della forza Ft è uniforme Ft σ= A res A res Area resistente del bullone Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 1. Rottura dei bulloni a trazione NEd NEd Il bullone si rompe quando la tensione sul bullone è pari a fub Ft,max = A res fub A res Area resistente del bullone Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 1. Rottura dei bulloni a trazione NEd NEd Il bullone si rompe quando la tensione sul bullone è pari a fub Ft,Rd = A res 0.9 A res fub γ M2 Area resistente del bullone NTC08, punto 4.2.8.1.1 Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 2. Punzonamento della piastra NEd NEd La superficie di rottura è cilindrica con altezza tp e diametro dm Ft τ= π dm tp Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 2. Punzonamento della piastra NEd NEd Secondo il criterio di Von Mises la piastra si rompe quando la tensione ideale sulla giacitura di rottura è pari ad fu: σid = ovvero… (σ 2 + 3 τ2 ) = 3 τ = fu Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 2. Punzonamento della piastra NEd NEd La piastra si rompe quando la tensione tangenziale sulla giacitura di rottura è pari a fu / 3 Bp,max = π d m tp (fu / 3 ) dm tp Diametro della giacitura di rottura Spessore della piastra Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 2. Punzonamento della piastra NEd NEd La piastra si rompe quando la tensione tangenziale sulla giacitura di rottura è pari a fu / 3 Bp,Rd = dm tp 0.6 π d m tp fu γ M2 Diametro della giacitura di rottura Spessore della piastra NTC08, punto 4.2.8.1.1 Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 2. Punzonamento della piastra NEd NEd Diametro della giacitura di rottura d2 d1 d1 + d2 dm = 2 NTC08, punto 4.2.8.1.1 Verifica di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a trazione 1. Rottura dei bulloni a trazione Ft,Ed ≤ Ft,Rd = A res 0.9 A res fub γ M2 Area resistente del bullone 2. Punzonamento della piastra Ft,Ed ≤ Bp,Rb = dm tp 0.6 π d m tp fu γ M2 Diametro della giacitura di rottura Spessore della piastra NTC08, punto 4.2.8.1.1 Collegamento bullonato Esempio NEd NEd NEd 100 kN Acciaio S235 2 Bulloni M16 classe 5.6 Piatto tp = 5 mm 1. Determinazione di Ft,Rd A res = 157 mm2 Ft,Rd = 0.9 A res fub γ M2 0.9 x 157 x 500 = = 56.5 kN 3 1.25 x 10 Collegamento bullonato Esempio NEd NEd NEd 100 kN Acciaio S235 2 Bulloni M16 classe 5.6 Piatto tp = 5 mm 2. Determinazione di Bp,Rd Bp,Rd = 0.6 π d m tp fu γ M2 = 0.6 x π x 25 x 5 x 360 = 67.9 kN 3 1.25 x 10 Collegamento bullonato Esempio NEd NEd NEd 100 kN Acciaio S235 2 Bulloni M16 classe 5.6 Piatto tp = 5 mm 3. Verifica Ft,Rd = 56.5 kN Ft,Ed = NEd nb Bp,Rd = 67.9 kN 100 = = 50.0 kN 2 < Ft,Rd < Bp,Rd Il collegamento è verificato Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio Meccanismi di rottura NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio Meccanismi di rottura NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio Meccanismi di rottura 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio Meccanismi di rottura 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd NEd NEd Collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio Meccanismi di rottura 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd 2. Rifollamento delle lamiere NEd NEd Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd Il bullone si rompe quando la tensione tangenziale sul bullone è pari a fub / 3 FV,max = A (fub / 3 ) dove: A Area nominale del bullone Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd Il bullone si rompe quando la tensione tangenziale sul bullone è pari a fub / 3 Fv,Rd = dove: A A (0.6 fub ) γM2 Area nominale del bullone Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd Se il piano di taglio non attraversa la parte filettata del bullone: Fv,Rd 0.6 A fub = γ M2 (per tutte le classi di bulloni) Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 1. Rottura dei bulloni a taglio NEd NEd Se il piano di taglio attraversa la parte filettata del bullone: = Fv,Rd 0.6 Ares fub γ M 2 (bulloni di classe 4.6, 5.6 ed 8.8) = Fv,Rd 0.5 Ares fub γ M 2 (bulloni di classe 6.8 e 10.9) dove Ares e`l`area resistente del bullone Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 2. Rifollamento delle lamiere NEd NEd Si ottiene quando la tensione esercitata dal bullone sulla lamiera raggiunge il valore convenzionale k α fu Fb,max = k α d tp fu dove: d Diametro del bullone tp Spessore della lamiera Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 2. Rifollamento delle lamiere NEd NEd Fb,max = k α d tp fu Bulloni: di bordo interni 2.8 e2 − 1.7, 2.5 k = min d0 1.4 p2 k = min − 1.7, 2.5 d0 e1 fub α = min , , 1 3 d0 fu p1 fub α = min − 0.25, , 1 fu 3 d0 Resistenza di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 2. Rifollamento delle lamiere NEd NEd Fb,Rd = k α d tp fu γ M2 = 2.5 α d tp fu γ M2 Secondo le vecchie norme: Bulloni: di bordo interni e2 ≥ 1.5 d0 2.8 e2 k = min − 1.7, 2.5 d0 = 2.5 p2 ≥ 3 d0 1.4 p2 k = min − 1.7, 2.5 d0 = 2.5 Verifica di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio 1. Rottura dei bulloni a taglio (rottura della sezione nominale) (rottura della sezione filettata) Fv,Ed ≤ Fv,Rd = 0.6 Afub γ M 2 Fv,Ed ≤ = Fv,Rd 0.6 Ares fub γ M 2 Fv,Ed ≤ = Fv,Rd 0.5 Ares fub γ M 2 2. Rifollamento della lamiera Fv,Ed ≤ Fb,Rd = k α d tp fu γ M 2 2.8 e2 Bulloni − 1.7, 2.5 k = min di bordo d0 interni 1.4 p2 k = min − 1.7, 2.5 d0 e f α = min 1 , ub , 1 3 d0 fu p f α = min 1 − 0.25, ub , 1 fu 3 d0 Verifica di collegamento bullonato Esempio NEd 30 60 30 NEd=100 kN Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 1. Determinazione di Fv,Rd A = 201 mm 2 Fv,Rd 0.6 A fub 0.6 x 201 x 500 = = = 48.2 kN 3 γ Mb 1.25 x 10 Verifica di collegamento bullonato Esempio NEd e1=30 p1=60 NEd=100 kN 2. Determinazione di Fb,Rd Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 (del piatto) e1 fub p1 α = min − 0.25, , 1 = min (0.588, 0.926, 1.39, 1) , fu 3 d0 3 d0 k = 2.5 d = 16 mm d0 = 17 mm Quasi sempre > 1 Verifica di collegamento bullonato Esempio NEd e1=30 p1=60 NEd=100 kN 2. Determinazione di Fb,Rd k = 2.5 Fb,Rd Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 (del piatto) α = 0.588 2.5 x 0.588 x 16 x 10 x 360 = = 67.7 kN 3 1.25 x 10 Verifica di collegamento bullonato Esempio NEd 30 60 30 NEd=100 kN 3. Verifica FV,Ed = NEd 100 = =25.0 kN n s nb 4 NEd 100 Fb,Ed = = =50.0 kN nb 2 Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 Il collegamento è verificato < Fv,Rd =48.2 kN < Fb,Rd =67.7 kN Collegamenti bullonati a taglio Suggerimento progettuale Dimensionamento: • Progettare i bulloni in base alla resistenza a taglio – individuare il diametro massimo che si può usare (in base alle dimensioni dell’elemento da forare, ad esempio d < 1/3 h profilato) – stabilire classe e diametro dei bulloni – determinare numero dei bulloni • Usare la verifica a rifollamento per definire la distanza minima tra i bulloni – Controllare che siano soddisfatte le prescrizioni sulle distanze massime Progetto di collegamento bullonato Esempio NEd e1 p1 p1 e1 NEd=250 kN Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 1. Determinazione del numero di bulloni NEd 250 nb = = = 2.59 2 Fv,Rd 2 × 48.2 Uso 3 bulloni Progetto di collegamento bullonato Esempio e2 e2 e1 p1 p1 e1 NEd=250 kN Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 2. Determinazione delle distanze (calcolo k) e2 65 / 2 = = 1.91 ≥ 1.5 d0 17 k = 2.5 Progetto di collegamento bullonato Esempio e2 e2 e1 p1 p1 e1 NEd=250 kN Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 2. Determinazione delle distanze (calcolo α necessario) Fb,Rd NEd 250 = = = 83.3 kN nb 3 γ M2 (NEd / 3) 1.25 × 83.3 × 103 = = 0.723 α= 2.5 × 16 × 10 × 360 k d tp fu Progetto di collegamento bullonato Esempio e2 e2 e1 p1 p1 e1 NEd=250 kN Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 2. Determinazione della distanza e1 per α = 0.723 e1 fub p1 α = min − 0.25, , 1 , fu 3 d0 3 d0 e1 α= 3 d0 e1 = 37 mm e1 =3 α d0 =3 × 0.723 × 17 =36.9 mm Progetto di collegamento bullonato Esempio e2 e2 e1 p1 p1 e1 NEd=250 kN Asta 2 Bulloni Piatto Acciaio 2 U 65x42 (tw = 5.5 mm) M16, classe 5.6 tp = 10 mm S235 2. Determinazione della distanza p1 per α = 0.723 e1 fub p1 α = min − 0.25, , 1 , fu 3 d0 3 d0 p1 α= − 0.25 3 d0 p1 = 50 mm p= 3 ( α + 0.25 ) d= 49.6 mm 1 0 Verifica di collegamenti bullonati Bulloni sollecitati a taglio e trazione Fv,Ed Fv,Rd + Ft,Ed 1.4 Ft,Rd ≤1 Ft,Ed ≤ Ft,Rd dove: Fv,Ed, Ft,Ed Sollecitazioni di taglio e trazione Fv,Rd Resistenza a taglio del bullone Ft,Rd Resistenza a trazione del bullone Collegamenti bullonati ad attrito • Tutti i bulloni prima di lavorare a taglio devono superare la resistenza ad attrito In genere ciò avviene per carichi bassi ed è quindi trascurato • Lo scorrimento dovuto al gioco foro-bullone provoca deformazioni nella struttura In genere queste sono accettabili, ma devono essere comunque verificate • Se si vogliono evitare queste deformazioni si può progettare il collegamento in modo che non superi la resistenza di attrito – solo per SLE – anche per SLU Collegamenti bullonati ad attrito Si usano in genere bulloni ad alta resistenza Resistenza ad attrito: Fs,Rd = n µ Fp,C dove: Fp,C forza di precarico µ coefficiente di attrito γ M3 • µ = 0.45 giunzioni sabbiate e protette n • µ = 0.30 negli altri casi numero di superfici di contatto NTC08, punto 4.2.8.1.1 FINE