Effetto leva e forza di trazione elevata nei bulloni

Perché la forza di trazione in un bullone è più alta rispetto a quella prevista da un calcolo manuale? Perché ci sono forze di trazione nei bulloni in una connessione con piastra d'anima? Perché le forze di trazione nei bulloni a volte sono diverse per ogni classe di bullone?

La risposta comune è il modello CBFEM utilizzato nelle applicazioni IDEA StatiCa. La deformazione delle piastre e di altre parti viene calcolata come parte dell'analisi agli elementi finiti e quindi entrano in azione le forze dell'effetto leva (prying forces). Le forze dovute all'effetto leva sono carichi aggiuntivi introdotti anche sui bulloni.

A causa dell'effetto leva, le forze di trazione risultanti nei bulloni possono variare molto a seconda del progetto della connessione, della resistenza delle parti della connessione e degli effetti del carico applicato.

Forze di trazione nei bulloni di un collegamento con piastra d'anima

Nella maggior parte dei casi, i collegamenti con piastra d'anima utilizzano una sola piastra per collegare la membratura. La conseguenza è che si applica una piccola eccentricità alla connessione. Questa eccentricità provoca ulteriori prying forces sulle piastre, che inducono trazione nei bulloni.

Se si utilizza un collegamento con doppia e la connessione è simmetrica, le uniche forze di trazione nei bulloni sono dovute alla deformazione delle piastre d'anima perché, con le deformazioni, si produce un'eccentricità aggiuntiva.

Forze di trazione più elevate nei bulloni di una connessione con piastra di estremità

Quanto più sottile è la piastra di estremità, tanto maggiore è la deformazione sotto gli effetti del carico. Ciò aggiunge l'effetto leva e forze di trazione aggiuntive vengono applicate ai bulloni. Se la piastra di estremità è spessa e quindi sufficientemente rigida, l'effetto leva non viene considerato. Vediamo questo effetto in un esempio semplice:

a) Piastra di estremità - spessore 10 mm, forza di trazione applicata 200 kN

Forza di trazione risultante in 4 bulloni: 61,5 x 4 = 246 kN

b) Piastra di estremità - spessore 40 mm, forza di trazione applicata 200 kN

Forza di trazione risultante in 4 bulloni: 49,9 x 4 = 200 kN

Differenti forze di trazione nei bulloni in base al tipo di bullone

Ogni tipo di bullone ha un diagramma di lavoro diverso e valori diversi di resistenza allo snervamento. In una connessione piastra con piastra di due travi caricate da un momento flettente, viene mostrato il confronto tra i le tre diverse cliassi di bulloni (8.8, 10.9 e 5.6) di un bullone M20.

Per effetti di carico relativamente bassi, le forze di trazione risultanti nei bulloni per ogni classe mostrano valori simili.

Tuttavia, per effetti di carico che comportano un elevato utilizzo dei bulloni (e la plastificazione nei bulloni), la forza di trazione varia a seconda della classe del bullone. Più alto è la classe del bullone, più alta è la forza di trazione risultante.

Per ulteriori informazioni, guarda il background teorico e la registrazione video.