Analisi Elasto-Plastica di un nodo tipo di strutture in acciaio

La scelta del tipo di giunzioni da impiegarsi in un progetto di struttura metallica riveste un ruolo particolarmente delicato dove, l'aspetto economico risulta tra i primi ad esserne condizionato.
Oltre alla mera spesa del materiale impiegato e alle lavorazioni in officina, un'importante variabile è data dai costi della manodopera richiesta per l'assemblaggio.
E' dunque facile comprendere che, come in ogni progetto, anche per gli elementi di collegamento attenersi rigidamente ai limiti stabiliti dalle normative senza considerare tali aspetti potrebbe rivelarsi deleterio.
La normativa nazionale, “Norme tecniche per le costruzioni 2018” (NTC2018), fornisce solo i criteri di verifica di unioni saldate e bullonate mentre è alla normativa europea, “EUROCODICE 3 – Strutture in acciaio” (EC3), a cui bisogna fare riferimento qualora si volesse entrare maggiormente nello specifico dei criteri di verifica delle giunzioni.

Classificazioni
Un giunto può essere classificato in diversi modi a seconda dell'aspetto meccanico che si vuole analizzare.
Per questo motivo, è molto importante valutare al meglio ogni classe di appartenenza per avere una buona corrispondenza tra le scelte fatte in fase di progettazione e le effettive risposte delle giunzioni in opera.
Vediamo quindi come classificare i giunti in base al tipo di vincolo, alla resistenza ed alla posizione che occupa all'interno della struttura.

Vincolo
Una prima suddivisione dei giunti può essere fatta in base allo spostamento relativo tra gli elementi collegati e quindi alla tipologia di vincolo che assumono all'interno del modello statico:
• Cerniere: permettono in normali condizioni di esercizio, spostamenti relativi tra le membrature senza provocare plasticizzazioni localizzate negli elementi del collegamento.
E' fondamentale riprodurre il nodo in maniera più fedele possibile al vincolo posto alla base della verifica; nello specifico utilizzare un bullone oppure una saldatura “di troppo” o ancora, superfici di attrito erroneamente dimensionate può portare ad avere un comportamento non in linea con quello della cerniera.
• Incastri rigidi: non consentono spostamenti relativi tra le membrature collegate a causa del dimensionamento dei componenti che costituiscono il giunto.
• Incastri semi-rigidi: in questa categoria rientra in realtà la maggior parte delle giunzioni di strutture metalliche, la quale comprende tutti i collegamenti che non hanno comportamento di cerniera o incastro ma che sono dotati di adeguata capacità rotazionale e rigidezza rotazionale che dipendono dalle caratteristiche elasto-plastiche degli elementi che lo compongono e quindi dal momento resistente plastico di progetto .
Nel diagramma Momento-Rotazione di fig.1 sono mostrate, in funzione di un coefficiente che attribuisce il valore di “1” all'incastro e “0” alla cerniera, alcune tra le configurazioni attribuibili al giunto semi-rigido, ossia quelle poste entro i limiti incastro-semirigido e semirigido-cerniera.
Tipologie di giunti trave-colonna illustrati in fig.1:
a) Incastro rigido saldato, con irrigidimenti orizzontali e diagonali;
b) Incastro semi-rigido con piatto d'estremità saldato alla trave e bullonato alla colonna, quest'ultima irrigidita orizzontalmente e diagonalmente;
c) Incastro semi-rigido saldato e con pannello d'anima della colonna rinforzato;
d) Incastro semi-rigido saldato;
e) Incastro semi-rigido con trave saldata al piatto d'estremità, bullonato alla colonna;
f) Incastro semi-rigido con trave saldata al piatto d'estremità con estensione oltre alle ali della trave, bullonato alla colonna;
g) Cerniera con squadrette bullonate all'ala della colonna ed all'anima della trave.