Verifica dei bulloni e dei bulloni precaricati secondo Eurocodice (EN)

Bulloni

La rigidezza iniziale e la resistenza di progetto dei bulloni a taglio sono indicate nel CBFEM redatto sulla base del Cl. 3.6 e 6.3.2 nella norma EN 1993-1-8. La molla, che rappresenta il carico e la trazione, ha un comportamento  forza-deformazione bi-lineare con una rigidezza iniziale e una resistenza di progetto in accordo alla Cl. 3.6 e 6.3.2 nella norma EN 1993-1-8.

Resistenza di progetto del bullone a trazione (EN 1993-1-8 - Tabella 3.4):

\[ F_{t,Rd}=0.9 f_{ub} A_s / \gamma_{M2} \]

Resistenza di progetto a taglio mediante punzonamento della testa del bullone o del dado (EN 1993-1-8 - Tabella 3.4):

\[ B_{p,Rd} = 0.6 \pi d_m t_p f_u / \gamma_{M2} \]

Resistenza di progetto a taglio per un piano di taglio (EN 1993-1-8 - Tabella 3.4):

\[ F_{v,Rd} = \alpha_v f_{ub} A_s / \gamma_{M2} \]

La resistenza di progetto a taglio può essere moltiplicata per il fattore di riduzione β_p se è presente un'imbottitura (EN 1993-1-8 - Cl.). 3.6.1. (12)) e questa opzione è selezionata in Impostazione codice.

Resistenza di progetto a rifollamento di una piastra (EN 1993-1-8 - Tabella 3.4):

\( F_{b,Rd} = k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2} \)    per fori standard

\( F_{b,Rd} = 0.6 k_1 \alpha_b f_u d t / \gamma_{M2} \)    per fori asolati

Utilizzo in trazione [%]:

\[ Ut_t = \frac{F_{t,Ed}}{\min (F_{t,Rd},\, B_{p,Rd})} \]

Utilizzo a taglio [%]:

\[ Ut_s = \frac{F_{v,Ed}}{\min (F_{v,Rd},\, F_{b,Rd})} \]

Interazione al taglio e trazione [%]:

\[ Ut_{ts}=\frac{F_{v,Ed}}{F_{v,Rd}}+\frac{F_{t,Ed}}{1.4 F_{t,Rd}} \]

dove:

• A_s – area del bullone sollecitata a trazione 
• f_ub – resistenza ultima del bullone a trazione
• d_m – media delle distanze piane tra i punti e le larghezze della testa del bullone o del dado, a seconda della più piccola
• d – diametro del bullone
• t_p – spessore della piastra sotto la testa del bullone/dado
• f_u – resistenza ultima dell'acciaio
• α_v = 0.6 per classi 4.6, 5.6, 8.8 e 0.5  per classi 4.8, 5.8, 6.8, 10.9
• \( k_1 = \min \left \{2.8 \frac{e_2}{d_0}-1.7, \, 1.4 \frac{p_2}{d_0}-1.7, \, 2.5 \right \} \) – coefficiente indicato nella Tabella 3.4
• \(\alpha_b = 1.0\) se la verifica in bearing con \(\alpha_b\) è disattivata in Impostazione codice; se la verifica è attiva, il valore di α_b è determinato secondo la EN 1993-1-8 – Tabella 3.4: \( \alpha_b = \min \left \{ \alpha_d, \, \frac{f_{ub}}{f_u}, \, 1.0 \right \} \)
• \(\alpha_d = \min \left \{ \frac{e_1}{3 d_0}, \, \frac{p_1}{3 d_0}-\frac{1}{4} \right \} \)
• e₁, e₂ – distanze dal bordo nella direzione del carico e perpendicolari al carico
• p₁, p₂ – passi dei bulloni nella direzione del carico e perpendicolari al carico
• F_t,Ed – forza di progetto a trazione nel bullone
• F_v,Ed – forza di taglio di progetto nel bullone
• γ_M2 – coefficiente di sicurezza (EN 1993-1-8 – Tabella 2.1; modificabile in Impostazione codice)

Le distanze dai bordi utilizzate per la resistenza (bearing resistance) dei bulloni devono essere rilevante per le geometrie generali delle piastre, per le piastre con aperture, per le sagome, ecc.

L'algoritmo legge la direzione reale del vettore della forza di taglio risultante in un dato bullone e, successivamente, calcola le distanze necessarie per la verifica (bearing check).

Le distanze dall'estremità (e₁) e dal bordo (e₂) sono determinate dividendo il contorno della piastra in tre segmenti. Il segmento di estremità è indicato da un angolo di 60° nella direzione del vettore della forza. I segmenti di bordo sono definiti da due angoli di 65° perpendicolari al vettore di forza. La distanza più breve tra un bullone e un segmento rilevante è considerata, quindi, come una distanza di estremità o di bordo.

Le distanze tra i fori dei bulloni (p₁; p₂) sono determinate allargando virtualmente i fori dei bulloni circostanti per metà del loro diametro e, successivamente, tracciando due linee, una parallela e una perpendicolare, al vettore della forza di taglio. Le distanze dai fori dei bulloni allargati che sono intersecati da queste linee sono quindi considerate nel calcolo come p₁ e p₂.

Bulloni che collegano piastre sottili

Per i bulloni che collegano piastre di spessore inferiore a 3 mm, si applicano invece le disposizioni della norma EN 1993-1-3, Tabella 8.4. 

Resistenza di progetto a rifollamento della piastra

\[F_{b,Rd}=2.5\cdot \alpha_b \cdot k_t \cdot f_u \cdot d \cdot t /\gamma_{M2}\]

dove:

• \( \alpha_b=\min \left \{ 1.0, e_1/(3d) \right \} \)
• \(k_t = (0.8 t+1.5)/2.5 \) for 0.75 mm \(\le t \le\) 1.25 mm; \( k_t=1.0 \) for \(t>1.25\) mm
• \(f_u\) – resistenza ultima della piastra collegata
• \(d\) – diametro del bullone
• \(t\) – spessore della piastra collegata
• \(\gamma_{M2}\) – coefficiente di sicurezza parziale per i collegamenti, editabile in Impostazione codice; valore predefinito \(\gamma_{M2}=1.25\)

La resistenza a taglio, la resistenza a trazione, l'interazione di trazione e di taglio e la resistenza a taglio mediante rifollamento sono determinate in base alla norma EN 1993-1-8 - ugualmente ai bulloni che collegano piastre con uno spessore superiore a 3 mm.

Intervallo di validità:

\[e_1 \ge 1.0 d_0 \]

\[p_1 \ge 3 d_0 \]

\[e_2 \ge 1.5 d_0 \]

\[p_2 \ge 3 d_0 \]

\[ f_u \le 550 \textrm{ MPa} \]

\[3 \textrm{ mm} > t \ge 0.75 \textrm{ mm} \]

Dimensione minima dei bulloni: M6 – verificata come  \(d \ge 6\) mm

Classe di resistenza dei bulloni: 4.6 – 10.9 – verificata come \(f_u \le 1000\) MPa

I bulloni saranno contrassegnati come non verificati se non rientreranno nell'intervallo di validità.

Bulloni precaricati

Resistenza di progetto a scorrimento per bulloni di classe 8.8 o 10.9 (EN 1993-1-8, Cl. 3.9 - Equazione 3.8):

\[ F_{s,Rd} =\frac{k_s n \mu (F_{p,C} - 0.8 F_{t,Ed})}{\gamma_{M3}} \]

Il precarico (EN 1993-1-8 – Equazione 3.7)

F_p,C = 0.7 f_ub A_s

Il fattore di precarico 0,7 può essere modificato in Impostazione codice.

Utilizzo [%]:

\[ Ut_s = \frac{V}{F_{s,Rd}} \]

dove:

• A_s – area del bullone sollecitata a trazione 
• f_ub – resistenza ultima a trazione
• k_s – coefficiente (EN 1993-1-8 – Tabella 3.6; k_s = 1 per i fori tondi normali, k_s = 0.63 per i fori asolati)
• μ – coefficiente di scorrimento modificabile in Impostazione codice (EN 1993-1-8 – Tabella 3.7)
• n – numero delle superfici di attrito. La verifica è calcolata separatamente per ogni superficie di attrito.
• γ_M3 – coefficiente di sicurezza (EN 1993-1-8 - Tabella 2.1; editabile in Impostazione codice - i valori raccomandati di progetto sono 1,25 per lo stato limite ultimo e 1,1 per lo stato limite di esercizio)
• V – forza di taglio di progetto nel bullone
• F_t,Ed – forza di trazione di progetto nel bullone

Se lo scorrimento dei bulloni precaricati viene verificato per lo stato limite di esercizio, questi devono essere successivamente commutati in "interazione trazione/taglio" e verificati per lo stato limite ultimo.

Resistenza di progetto al fuoco

Si presume che i bulloni precaricati slittino, per cui le verifiche dei bulloni portanti e dei bulloni precaricati sono le stesse.

Sono eseguite sia verifiche al fuoco sia a temperatura ambiente e il valore minimo viene scelto come resistenza al carico di progetto.

A temperatura elevata, i bulloni sono verificati secondo la norma EN 1993-1-2, Allegato D. Si noti che l'area ridotta dalla filettatura è sempre utilizzata per la verifica a taglio secondo il punto D1.1.1.  

Dettagli

Le verifiche dei dettagli dei bulloni sono eseguiti se l'opzione è selezionata in impostazione codice. Sono verificate le distanze dal centro del bullone ai bordi della piastra e tra i bulloni. Le distanze raccomandate dai bordi e = 1,2 e tra i bulloni p = 2,2 sono indicate nella Tabella 3.3 secondo la norma EN 1993-1-8. L'utente può modificare entrambi i valori in Impostazione codice.

È controllato lo spessore minimo delle piastre collegate da bulloni. Lo spessore delle piastre deve essere superiore a 0,75 mm in conformità alla norma EN 1993-1-3 - Tabella 8.4.

Le informazioni sono fornite quando i requisiti di duttilità e di capacità di rotazione per il collegamento bullonato in trazione non sono soddisfatti, in conformità alla norma EN 1993-1-8 - 6.4.2. Se il bullone è caricato prevalentemente in trazione, la piastra collegata più sottile dovrebbe soddisfare tali requisiti:

\[t \le 0,36d \sqrt{\frac{f_{ub}}{f_y}}\]

Le dimensioni predefinite dei gruppi di bulloni sono stabilite in conformità alle norme EN ISO 4014 - Teste di bulloni esagonali; EN ISO 4032 - Dadi esagonali regolari; EN ISO 7089 - Rondelle piane - Serie normale - Grado prodotto A.