Dimensionamento delle saldature

Le saldature sono le più costose e le più rilevanti nelle connessioni in acciaio. Una progettazione insufficiente può determinare cedimenti fragili, mentre una progettazione eccessiva un ritiro eccessivo. Il dimensionamento automatico delle saldature è volto a una progettazione rapida, coerente e sicura delle connessioni in acciaio.

In IDEA StatiCa Connection sono disponibili per tutti gli utenti due strategie di dimensionamento delle saldature:

• a resistenza massima
• oltre resistenza

Per gli utenti dell'Eurocodice, ve ne sono altri due:

• alla stima della capacità
• alla duttilità minima

Il metodo di dimensionamento della saldatura è specificato nella finestra di dialogo Operazioni.

Quando si esegue il dimensionamento, ogni saldatura riempita nel modello viene modificata in base al metodo di dimensionamento delle saldature. In genere, le dimensioni delle saldature aumentano in quest'ordine:

1. Alla stima della capacità
2. Alla duttilità minima
3. Alla resistenza massima
4. Con sovra-resistenza

I metodi sono descritti in dettaglio di seguito. 

Alla stima della capacità

Il dimensionamento delle saldature in base alla stima della capacità fornisce automaticamente dimensioni di saldatura sufficienti a consentire il trasferimento dei carichi impostati. 

La stima della capacità di saldatura è il primo utilizzo dell'apprendimento automatico (machine learning) in IDEA StatiCa. Al momento è implementato solo nell'Eurocodice. La resistenza di saldatura viene determinata in base all'elemento di saldatura più sollecitato. Pertanto, l'utilizzo della saldatura è altamente non lineare. La resistenza dell'intera lunghezza è stimata da un algoritmo di machine-learning basato sulla distribuzione delle tensioni lungo la lunghezza della saldatura.

Il dimensionamento delle saldature alla stima della capacità richiede risultati. La dimensione delle saldature a corodone d'angolo viene regolata in base alla seguente formula:

\[ a_{new} = a \cdot Ut_c / Ut_{target} \]

dove:

• \(a_{new}\) – dimensione della saldatura a cordone d'angolo regolata
• \(a\) – dimensione della saldatura a cordone d'angolo precedentemente impostata
• \(Ut_c\) – stima della capacità basata su un algoritmo di machine-learning visibile in Verifica saldature 
• \(Ut_{target}\) – utilizzo del target in Impostazioni → Progettazione → Autoprogetto → Dimensionamento delle saldature

Il risultato \(a_{new}\) viene arrotondato in base a Preferenze → Unità di applicazione → Arrotondamento nuova entità → Dimensione saldatura.

Si noti che le dimensioni della saldatura sono limitate dalle regole di dettaglio, ad esempio non possono essere inferiori a 3 mm (EN 1993-1-8 - 4.5.2). Queste regole di dettaglio sono rispettate. Inoltre, si tenga presente che le saldature multiple in IDEA StatiCa sono spesso impostate da un unico valore. In questi casi, la dimensione viene impostata in base a quella più utilizzata.

Inoltre, è disponibile un loop di calcolo. Quando il metodo di dimensionamento della saldatura è impostato su stima della capacità, si verifica quanto segue:

1. Dimensionamento delle saldature a cordone d'angolo alla massima resistenza
2. Calcolo del modello
3. Dimensionamento delle saldature a cordone d'angolo alla stima della capacità
4. Calcolo del modello

Le saldature vengono quindi impostate con un solo clic al livello di utilizzo desiderato o al di sotto di esso.

Alla duttilità minima

Il dimensionamento delle saldature in base alla duttilità minima fornisce automaticamente connessioni saldate sufficientemente robuste da evitare cedimenti fragili. La resistenza della saldatura consente la resistenza limite iniziale della piastra, ma alla fine la saldatura si rompe.

Il requisito di duttilità minima dei giunti saldati in FprEN 1993-1-8:2023 - 6.9(4). deriva dall'appendice nazionale olandese della norma EN 1993-1-8, in cui il rapporto fisso tra la resistenza della saldatura e la resistenza della piastra è di 0,8. È incluso anche nei famosi Libri verdi del Regno Unito, in particolare nei capitoli C2 e C3. Tuttavia, il rapporto fisso è adatto solo per l'acciaio S355. Nell'Eurocodice di seconda generazione è stato esteso a tutti i tipi di acciaio.

Tale requisito è verificato per le saldature ad angolo bilaterali da:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot \min \left \{1.0, 1.1\frac{f_y}{f_u} \right \}\]

dove:

• \(a\) – altezza di gola della saldatura
• \(t\) – spessore della piastra collegata lungo il bordo
• \(\beta_w\) –  fattore di correlazione della saldatura 
• \(\gamma_{M2}\) –  fattore di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile in Impostazione codice
• \(f_y\) –  resistenza limite della piastra
• \(f_u\) – resistenza ultima della saldatura
• \(\gamma_{M0}\) – coefficiente di sicurezza per le piastre; modificabile in Impostazione codice

L'altezza di gola della saldatura a cordone d'angolo unilaterale è due volte superiore a quella della saldatura a cordone d'angolo bilaterale.

Si noti che il metodo è utile per le saldature con carico trasversale e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.

Alla massima resistenza

Il dimensionamento delle saldature alla massima resistenza consente di ottenere automaticamente saldature più resistenti della piastra collegata. Nel calcolo, si ipotizza che le piastre siano sottoposte a trazione e le saldature a carico trasversale, come nel caso peggiore per la resistenza e la duttilità delle saldature. Questa progettazione è utile per evitare cedimenti fragili delle saldature per carichi statici.

Questo approccio è incluso anche nei largamente diffusi Green Book del Regno Unito, in particolare nel capitolo C1.

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} }\]

dove:

• \(a\) – altezza di gola della saldatura
• \(t\) – spessore della piastra collegata lungo il bordo
• \(\beta_w\) – fattore di correlazione della saldatura 
• \(\gamma_{M2}\) – fattore di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile in Impostazione codice
• \(f_y\) – resistenza limite della piastra
• \(f_u\) – resistenza ultima della saldatura
• \(\gamma_{M0}\) – coefficiente di sicurezza per le piastre; modificabile in Impostazione codice

Note that the method is useful for transversely loaded welds and works if the plate is connected by its full width.

Si noti che il metodo è utile per le saldature con carico trasversale e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.

In sovraresistenza

Il dimensionamento delle saldature in sovraresistenza consente di ottenere automaticamente saldature molto più resistenti della piastra collegata. Il fattore di sovraresistenza è specificato Impostazioni → Progetto→ Autoprogetto → Dimensionamento delle saldature. Il valore predefinito di 1,4 è tratto dalla norma EN 1993-1-8 - 6.2.3 (5) per formare una cerniera plastica. 

Nel calcolo, si ipotizza che le piastre siano sottoposte a trazione e le saldature a carico trasversale, come nel caso peggiore per la resistenza e la duttilità delle saldature. Questa progettazione è utile per evitare cedimenti fragili delle saldature in caso di progettazione plastica o di carico ciclico. Si noti che le grandi dimensioni della saldatura non garantiscono automaticamente un'elevata duttilità. Al contrario, possono comportare tensioni residue eccessive e deformazioni causate dal ritiro della saldatura.

Tale requisito è verificato per le saldature a cordone d'angolo bilaterali da:

\[a/t=\frac{\beta_w\gamma_{M2} f_y}{\sqrt{2} f_u \gamma_{M0} } \cdot f_{overstrength}\]

dove:

• \(a\) – altezza di gola della saldatura
• \(t\) – spessore della piastra collegata lungo il bordo
• \(\beta_w\) – fattore di correlazione della saldatura 
• \(\gamma_{M2}\) – fattore di sicurezza per bulloni e saldature; modificabile in Impostazione codice
• \(f_y\) – resistenza limite della piastra
• \(f_u\) –  resistenza ultima della saldatura
• \(\gamma_{M0}\) – fattore di sicurezza per le piastre; modificabile in Impostazione codice
• \(f_{overstrength}\) – fattore di sovraresistenza specificato in Impostazioni → Progetto → Autoprogetto→ Dimensionamento delle saldature

Si noti che il metodo è utile per le saldature con carico trasversale e funziona se la piastra è collegata per tutta la sua larghezza.