calcul imbinari sr en 1993-1-8 redact ii

7/14/2019 Calcul Imbinari Sr en 1993-1-8 Redact II

1/383

UNIVERSITATEAPOLITEHNICA

TIMIOARA

FACULTATEA DE CONSTRUCIIDEPARTAMENTUL DE CONSTRUCII METALICE I

MECANICA CONSTRUCIILORCentrul de Excelenta pentru Mecanica Materialelor

i Sigurana Structurilor CEMSIGIoan Curea 1, 300224 Timioara, ROMNIA

Telefon

Departament: ++40.256.403911CEMSIG: ++40.256.403932e-mail: [email protected]

Fax

++40.256.403917++40.256.403932http://cemsig.ct.upt.ro

Contract nr. 426/08.12.2009

CALCULUL I PROIECTAREA MBINRILORSTRUCTURALE DIN OEL N CONFORMITATE

CU SR-EN 1993-1-8Recomandri, comentarii i exemple de aplicare

Redactarea a II-a

Timioara, decembrie 2010


2/383

COLECTIV DE ELABORARE

ef Proiect

Prof. Dr. Ing. Dan DUBIN _____________________

Membri:

Prof. Dr. Ing.Daniel GRECEA _____________________

Conf. Dr. Ing. Adrian CIUTINA _____________________

Drd. Ing. Gelu DANKU _____________________

Drd. Ing. Cristian VULCU _____________________


3/383

CuprinsCUPRINS I.3

CAPITOLUL I PREFA I.6

CAPITOLUL II SCOP I DOMENIU DE APLICARE II.1

CAPITOLUL III MODELAREA NODURILOR PENTRU ANALIZI CERINEDE PROIECTARE III.13.1. GENERALITI I DEFINIII III.23.2. CLASIFICAREA MBINRILOR N CONFORMITATE CU SR EN 1993-1-8 III.43.2.1 INTRODUCERE III.43.2.2 CLASIFICAREA NODURILOR DUPRIGIDITATE III.63.2.3 CLASIFICAREA NODURILOR DUPREZISTEN III.73.2.4 CLASIFICAREA NODURILOR DUPREZISTENI RIGIDITATE III.83.3. MODELAREA MBINRILOR N CONFORMITATE CU SR EN 1993-1-8 III.93.3.1 INTRODUCERE III.93.3.2 METODE DE ANALIZPENTRU NODURI III.113.3.3 MODELARE I SURSE ALE DEFORMABILITII N NODURI MODELAREA SIMPLIFICATN CONCORDAN

CU EN 1993-1-8, 5.3 III.13

3.3.4 CONCENTRAREA DEFORMABILITILOR N NODURI III.13

CAPITOLUL IV MBINRI SIMPLE IV.14.1. INTRODUCERE IV.24.2. SCOP, DOMENIU DE APLICARE I SOLUII CONSTRUCTIVE IV.34.2.1 TIPURI DE STRUCTURI IV.34.2.2 TIPURI DE ELEMENTE MBINATE IV.34.2.3 TIPURI DE MBINARE IV.34.2.4 MRCI DE OEL IV.34.2.5 CONFIGURAII DE NOD POSIBILE (ECCS 126, 2009) IV.44.2.6 TIPURI DE DISPOZITIVE DE MBINARE (ECCS 126, 2009) IV.64.2.7 TIPURI DE MBINRI IV.6

4.2.8 GEOMETRIA I ALCTUIREA MBINRILOR SIMPLE IV.114.2.9 CALCULUL MBINRILOR CU URUBURI IV.164.2.10 CALCULUL MBINRILOR SUDATE IV.214.2.11 MODELAREA NODURILOR PENTRU ANALIZA GLOBAL IV.264.3. ALGORITMI DE CALCUL IV.264.3.1 ALGORITMI DE CALCUL PENTRU MBINRI CU PLACDE CAPT REDUS IV.274.3.2 ALGORITMI DE CALCUL PENTRU MBINRI CU ECLIS IV.334.3.3 ALGORITMI DE CALCUL PENTRU MBINRI CU CORNIERE IV.424.4. EXEMPLE DE CALCUL IV.434.4.1 MBINRI SIMPLE CU URUBURI IV.434.4.2 MBINRI SUDATE SIMPLE IV.524.4.3 MBINARE CU PLACDE CAPT REDUS(ECCS 126, 2009) IV.634.4.4 MBINARE PE INIMCU ECLISE (ECCS 126, 2009) IV.71

4.4.5 MBINARE PE INIMCU CORNIERE IV804.4.6 MBINRI CU BOLURI IV.934.4.7 MBINARE ARTICULATNTRE STLP I FUNDAIE (CESTRUCO, 2003) IV.97

CAPITOLUL V MBINRI LA ELEMENTE CU SECIUNE TUBULAR V.15.1. INTRODUCERE V.25.2. CALCULUL MBINRILOR CU SECIUNI TUBULARE (EN1993-1-8, 7.2) V.35.2.1 GENERALITI V.35.2.2 MODURI DE CEDARE ALE MBINRILOR CU SECIUNI TUBULARE V.35.3. MBINRI SUDATE (CIDECT L13, 2009) V.85.3.1 MBINRI PENTRU ELEMENTE CU SECIUNE TUBULARCIRCULAR (CHS) V.85.3.2 MBINRI PENTRU ELEMENTE CU SECIUNE TUBULARRECTANGULAR(RHS) V.125.3.3 MBINRI PENTRU ELEMENTE CU SECIUNE TUBULAR(CHS SAU RHS) I DESCHISE

V.195.4. MBINRI CU URUBURI (CIDECT L14, 2009) V.205.4.1 INTRODUCERE N CALCULUL MBINRILOR CU URUBURI V.20


4/383

5.5. EXEMPLE DE CALCUL V.265.5.1 MBINARE SUDATNTRE DOUPROFILE TUBULARE CIRCULARE V.265.5.2 MBINARE SUDATNTRE DOUPROFILE TUBULARE RECTANGULARE V.295.5.3 MBINARE SUDATNTRE UN PROFIL TUBULAR CIRCULAR I UN PROFIL DESCHIS V.335.5.4 MBINARE CU URUBURI NTRE UN PROFIL TUBULAR I UN PROFIL DESCHIS (CIDECT,2005) V.36

CAPITOLUL VI MBINRI CARE PREIAU MOMENT NCOVOIETOR VI.16.1. SOLUII CONSTRUCTIVE VI.26.1.1 MBINRI CU PLACDE CAPT I URUBURI VI.26.1.2 MBINRI SUDATE VI.46.1.3 MBINRI CU CORNIERE VI.56.1.4 MODALITI DE NTRIRE A PANOULUI DE INIMAL STLPULUI VI.66.1.5 NODURILE LA BAZA STLPILOR VI.76.2. METODA COMPONENTELOR VI.86.2.1 PREZENTAREA METODEI VI.86.2.2 CARACTERISTICILE COMPONENTELOR VI.106.2.3 GRUPAREA COMPONENTELOR VI.116.2.4 APLICAREA METODEI COMPONENTELOR N SR-EN 1993-1-8 VI.166.2.5 CURBA DE CALCUL MOMENT-ROTIRE A UNEI MBINRI VI.19

6.3. ALGORITMI DE CALCUL VI.206.3.1 IDENTIFICAREA COMPONENTELOR ACTIVE VI.206.3.2 PROCEDURI DE CALCUL A COMPONENTELOR VI.216.3.3 CALCULUL ELEMENTELOR T ECHIVALENTE VI.266.4. EXEMPLE DE CALCUL VI.336.4.1 MBINARE GRIND-STLP CU PLACDE CAPT EXTINSI URUBURI VI.336.4.2 INFLUENA VARIAIEI DIFERITELOR COMPONENTE ALE UNUI NOD GRIND-STLP CUURUBURI I PLACDE CAPT EXTINS VI.626.4.3 MBINARE CU URUBURI I PLACDE CAPT I RIGIDIZARE N PARTEA EXTINS VI.666.4.4 MBINARE CU PLACDE CAPT I URUBURI, CU DOURNDURI DE URUBURI NPARTEA EXTINS VI.956.4.5 MBINARE SUDATGRIND-STLP VI.126

6.4.6 MBINARE DE CONTINUITATE A UNEI GRINZI, CU ECLISE I URUBURI SUPUSLAMOMENT NCOVOIETOR I FORFECARE VI.1366.4.7 MBINARE DE CONTINUITATE A UNUI STLP CU ECLISE I URUBURI, CU MODIFICAREASECIUNII STLPULUI VI.1426.4.8 PRINDEREA STLPULUI LA BAZVI.153

CAPITOLUL VII RECOMANDRI DE CALCUL I PROIECTARE PENTRU MBINRISTRUCTURALE N CAZUL SOLICITRILOR SEISMICE VII.17.1. CERINE DE REZISTENI DUCTILITATE CONFORM P100-1/2006 I EN1998-1 VII.27.2. CAPACITATEA DE ROTIRE A MBINRILOR GRIND-STLP VII.37.2.1 CLASIFICAREA DUPDUCTILITATE VII.37.2.2 EVALUAREA CAPACITII DE ROTIRE VII.47.2.3 COMPORTAREA CICLICA MBINRILOR VII.67.3. SOLUII CONSTRUCTIVE VII.97.3.1 MBINARE CU URUBURI CU PLACDE CAPT EXTINSRIGIDIZAT VII.107.3.2 MBINARE SUDATCU RIGIDIZRI ALE TLPILOR GRINZII VII.107.3.3 MBINARE CU TLPILE GRINZII SUDATE DE PLCI DE CONTINUITATE SUDATE DE TALPASTLPULUI I CU ECLISSUDATPRINSCU URUBURI DE INIMA GRINZII VII.117.3.4 MBINARE SUDATCU GRINDCU SECIUNE REDUS(DOG BONE) VII.117.3.5 MBINARE CU URUBURI CU PLACDE CAPT I VUT VII.127.4. CRITERII DE PRECALIFICARE (AISC 2002 I FEMA 350) VII.137.4.1 MBINRILE PREDEFINITE INTRODUSE IN NORMA DE CALCUL AISC 2002 VII.137.4.2 DETERMINAREA POZIIEI ARTICULAIILOR PLASTICE VII.147.4.3 DETERMINAREA MOMENTULUI PLASTIC IN ARTICULAIILE PLASTICE VII.147.4.4 DETERMINAREA REZISTENTEI NECESARE IN SECIUNILE CRITICE VII.157.4.5 CONDIII GENERALE VII.157.4.6 CALCULUL MBINRILOR PREDEFINITE VII.177.5. PROIECTARE DUPCRITERII DE PERFORMANVII.23


5/383

CAPITOLUL VIII MODELAREA STRUCTURILOR INND SEAMA DE COMPORTAREAMBINRILOR VIII.1

8.1. INTRODUCERE VIII.28.2. MODELAREA NODURILOR PENTRU ANALIZA STRUCTURAL VIII.4

BIBLIOGRAFIE


6/383

CAPITOLUL I

PREFA


7/383

Norma de proiectare european referitoare la mbinri EN 1993-1-8 este una dincele mai consistente pri ale EN 1993. Pe plan european, practic n fiecare ara UniuniiEuropene, care este obligat s introduc acest norm ncepnd cu martie 2010, semanifest un interes deosebit pentru elaborarea de astfel de recomandri, deoarece

calculul i proiectarea mbinrilor n conformitate cu EN 1993-1-8 este destul decomplicat, greu de aplicat i n practica curent de proiectare pot s apar erori deproiectare sau de interpretare a normei.

Exista manuale sau ghiduri de aplicare pentru aceast parte a Eurocode-ului 3publicate ncpe baza versiunilor ENV n majoritatea rilor cu activitate semnificativ ndomeniul construciilor metalice (Germania, UK, Olanda, Italia, etc.); la nivelul ConvenieiEuropene de construcii metalice - ECCS s-a elaborat de curnd un manual pentru calcululmbinrilor simple n conformitate cu EN 1993-1-8.

Tratarea de o manier comprehensiv a calculului i proiectrii mbinrilor esteprea ampl pentru a face parte dintr-un volum general dedicat proiectrii structurilor nconformitate cu EN 1993.

Pe plan naional nu exist nimic n domeniu, cu excepia normativului GP082-03Ghid privind proiectarea mbinrilor ductile la structuri metalice n zone seismice, i careare mai mult un caracter calitativ.

Recomandrile de proiectare i calcul, comentariile i aplicaiile vin tocmai nsprijinul clarificrii i explicitrii metodelor de calcul ale mbinrilor structurale, pentrunorma SREN 1993-1-8 Eurocod 3: Proiectarea structurilor de oel. Partea 1-8: Proiectareambinrilor, adoptat de Romnia dup EN 1993-1-8 Eurocode 3: Design of steelstructures - Part 1-8: Design of joints.

Recomandrile prezente n acest document au o baz documentar care a fostvalidatla nivelul Uniunii Europene, i anume:

SR EN 1993-1-8:2006, Eurocod 3: Proiectarea structurilor de oel. Partea 1-8: Proiectareambinrilor

EN 1998-1: 2003, Eurocode 8 : Design of structures for earthquake resistance, Part 1:General rules, seismic actions and rules for buildings

P100-1:2006, Cod de proiectare seismic. Partea I Prevederi de proiectare pentru cldiri,2006

ECCS No. 126, TC10: Structural Connections, European Recommendations for the Designof Simple Joints in Steel Structures, Eurocode 3, Part 1-8, 2009

Leonardo Project: CESTRUCO, Questions and Answers to design of Structural Connectionsaccording to Eurocode 3, 2003

CIDECT Report: 5BP-4/05, Development of a full consistent design approach for bolted andwelded joints in building frames and trusses between steel members made of hollow and/oropen sections, Application of the component method, Volume 1: Practical guidelines, 2005

CIDECT, Design of Tubular Steel Structures, Lecture 12: Generalities on joint design, 2009 CIDECT, Design of Tubular Steel Structures, Lecture 13: Welded connections, 2009 CIDECT, Design of Tubular Steel Structures, Lecture 14: Bolted connections, 2009 COST C1 Project: Composite steel-concrete joints in frames for buildings: Design

provisions, European Commission, 1999

De asemenea s-a inut cont i de experiena american n domeniu prin:


8/383

ANSI/AISC 341-05, Seismic Provisions for Structural Steel Buildings, 2005 FEMA-350:2000, Recommended Seismic Design Criteria for New Steel Moment-Frame

Buildings, 2000

Nu n ultimul rnd, autorii au contribuit prin experina lor, utiliznd documentaieproprie la care sunt autori sau co-autori:

Stratan A., 2007, Dinamica structurilor i inginerie seismic, Editura Orizonturi Universitare,2007 Grecea D. M., 2001, Calculul static i dinamic al structurilor n cadre multietajate

necontravntuite, Editura Orizonturi Universitare, 2001 Ciutina A., 2007, Comportarea structurilor n cadre compuse din oel-beton i a mbinrilor

acestora, Imprimeria Orizonturi Universitare, 2007


9/383

CAPITOLUL II

SCOP I DOMENIU DE APLICARE


10/383

Norma de proiectare european referitoare la mbinri EN 1993-1-8 este una dincele mai consistente pri ale EN 1993. Pe plan european, practic n fiecare ara UniuniiEuropene, care este obligat s introduc acest norm ncepnd cu martie 2010, semanifest un interes deosebit pentru elaborarea de astfel de recomandri, deoarece

calculul i proiectarea mbinrilor n conformitate cu EN 1993-1-8 este destul decomplicat, greu de aplicat i n practica curent de proiectare pot s apar erori deproiectare sau de interpretare a normei.

Exista manuale sau ghiduri de aplicare pentru aceast parte a Eurocode-ului 3publicate ncpe baza versiunilor ENV n majoritatea rilor cu activitate semnificativ ndomeniul construciilor metalice (Germania, UK, Olanda, Italia, etc.); la nivelul ConvenieiEuropene de construcii metalice - ECCS s-a elaborat de curnd un manual pentru calcululmbinrilor simple n conformitate cu EN 1993-1-8.

Tratarea de o manier comprehensiv

a calculului

i proiect

rii mbin

rilor este

prea ampl pentru a face parte dintr-un volum general dedicat proiectrii structurilor nconformitate cu EN 1993.

Pe plan naional nu exist nimic n domeniu, cu excepia normativului GP082-03Ghid privind proiectarea mbinrilor ductile la structuri metalice n zone seismice, i careare mai mult un caracter calitativ.

Recomandrile de proiectare i calcul, comentariile i aplicaiile vin tocmai nsprijinul clarificrii i explicitrii metodelor de calcul ale mbinrilor structurale, pentrunorma SREN 1993-1-8 Eurocod 3: Proiectarea structurilor de oel. Partea 1-8: Proiectarea

mbinrilor, adoptat de Romnia dup EN 1993-1-8 Eurocode 3: Design of steelstructures - Part 1-8: Design of joints.

Conceptul de semi-rigiditate i metoda componentelor sunt concepte complet noipentru inginerii romni, fcnd ca proiectarea i calculul mbinrilor n conformitate cucerinele actuale sfie una din problemele cele mai dificile cu care se confruntinginerulproiectant.

n proiectare se folosesc programe de calcul care implementeaz metodacomponentelor (CoP, SteelCon) fra fi cunoscute bazele teoretice pe baza crora s-aurealizat aceste programe, cu riscuri foarte mari pentru proiectarea i utilizarea corect a

acestor programe de calcul.

Aplicarea P100-1/2006 impune caracterizarea i verificarea mbinrilor n termenide rigiditate, rezisteni ductilitate, ceea ce nu este posibil dect prin aplicarea metodeicomponentelor

Elaborarea lucrrii se face pornind de la prevederile EN 1993-1-8, EN 1990, EN1991 si EN 1998-1 cu eratele/amendamentele si anexele naionale la acestea.

Se face o prezentare a stadiului actual al reglementarilor tehnice si standardelorromane si internationale privind calculul, verificarea si proiectarea imbinarilor pentru

structuri metalice solicitate la actiuni statice si dinamice, inclusiv la actiunea seismica. Deasemenea, se vor face comentarii privind metodele curente de calcul al imbinarilor inconformitate cu STAS 10108/0-78 standarde de produs nationale si europene EN 1090


11/383

si reglementari tehnice (C 133-82, GP 016-97, GP 082-2003, NP 042-2000, C 150-99 -dupa caz si P 100-1/2006).

In lucrare, se descrie domeniul de utilizare a lucrarii, tendintele actuale privindproiectarea imbinarilor (conceptul de semi-rigiditate, conceptul de componente cealcatuiesc nodurile structurale etc.), principiile si cerintele de proiectare care stau la baza

selectarii modului de alcatuire a imbinarilor structurale din otel pentru diferite solicitari.Pe baza sistemului de evaluare si clasificare consacrat la nivel european

(capacitate de rezistenta, rigiditate si rotire), se vor prezenta variante de modelare anodurilor pentru analiza structurala a diferite tipuri de imbinari (simple; care preiau momentincovoietor; care preiau solicitari complexe din actiunea cutremurului).

De asemenea, se prezint capitole distincte privind tipuri de imbinari curente,principii, cerinte de proiectare si reguli de calcul insotite de exemple de aplicare, dupa cumurmeaza:

- imbinari simple (noduri articulate de tip rigla-stalp pe axa de minima inertie sau riglasecundara-rigla principala) realizate cu suruburi si cu placa de capat redusa/cusuruburi sau sudura cu eclisa sau cu corniera pe inima: solutii constructive,mecanisme de cedare, modele de calcul pentru analiza structurala, cerinte deproiectare (rezistenta, rigiditate), mijloace de realizare a cerintelor de ductilitate sicapacitate de rotire, relatii de calcul si tabele de proiectare pentru diferite geometrii;

- imbinari care preiau moment incovoietor (noduri de cadru) realizate cu placa decapat extinsa: solutii constructive, modele de calcul pentru analiza structurala,componente ale nodurilor, evaluarea capacitatilor de rezistenta, rigiditate si rotire,criterii de identificare a componentelor slabe, relatii intre proprietatile componentelorde baza si proprietatile structurale ale nodului, relatii de calcul si tabele deproiectare pentru diferite geometrii;

- se fac comentarii si recomandari de calcul si proiectare pentru imbinari structuralesupuse solicitarilor seismice: cerinte de rezistenta si ductilitate, capacitati de rotirepentru imbinari de tip grinda-stalp, solutii constructive pentru realizarea de noduri cucomportare elastica si rezistenta totala sau noduri cu deformatii/capacitati de rotirecontrolate, criterii de precalificare pentru imbinari, proiectare pe baza nivelurilor deperformanta;

- se prezint aspecte privind modelarea si comportarea structurilor in functie demodul de alcatuire a nodurilor si de comportare a imbinarilor (structuri

disipative/slab disipative);

- se prezintscheme logice privind proiectarea imbinarilor structurale din otel pentruconstructii metalice uzuale/deosebite supuse la diferite solicitari statice/dinamice, cuevidentierea modului de relationare a reglementarilor tehnice/standardelor deproiectare in domeniu pentru fiecare dintre acestea

- se utilizeaznotiunile de baza, terminologia, definitiile si simbolurile din EN 1993-1-8, cu celelalte parti ale EN 1993 si EN 1998-1

- se introduce un subcapitol privind referintele normative

- se introduc comentarii si recomandari de proiectare, care faciliteaz intelegerea siutilizarea prevederilor EN 1993-1-8 si EN 1998-1 pentru calculul imbinarilor supuse


12/383

evaluare, solutii constructive, situatii de proiectare, reguli de modelare structuralapentru componente/ansamblu de nod, relatii/tabele de calcul/proiectare, programede calcul specifice)

- exemplele de aplicare pun la dispozitia proiectantilor scheme de aplicare siprocedee de analiza a imbinarilor pentru cazuri curente/deosebite de proiectare

pentru structuri metalice solicitate la actiuni statice/actiunea seismica- pentru toate tipurile de imbinari structurale din otel analizate se fac analize

comparative privind modul in care influenteaza acestea comportarea structurala, sevor prezenta rezultatele obtinute si se vor face consideratii privindavantajele/dezavantajele utilizarii acestor tipuri de imbinari pentru diferiteconfiguratii structurale/amplasamente ale constructiilor

- se fac propuneri de completare/revizuire/abrogare a reglementarilor tehnice saustandardelor nationale, inclusiv anexele nationale la Eurocodurile specifice.


13/383

CAPITOLUL III

MODELAREA NODURILOR PENTRU ANALIZI CERINE DEPROIECTARE


14/383

3.1. GENERALITI I DEFINIII

Pentru cazul general al cadrelor metalice, elementele structurale liniare (grinzi i stlpi)

sunt solidarizate n noduri prin mbinri. Poziionrile posibile ale mbinrilor sunt prezentate nFigura 3. 1.

1 Configuraieunilateralde nod grind-stlp

2 Configuraie bilateralde nod grind-stlp

3 Configuraie de nod decontinuitate la grind4 Configuraie de nod decontinuitate la stlp

5 Nod la baza stlpului

Figura 3. 1: Tipuri de noduri pentru o structurmetalicn cadre (SR-EN 1993-1-8, 2006).

Tipul 1 de nod (n T) se ntlnete n cazul mbinrii unei grinzi cu un stlp, continuu sau nupe nivelul respectiv. Atunci cnd existo intersecie ntre dougrinzi i un singur stlp (tipul 2), seformeazun nod cruciform sau de interior, cu doumbinri, cte una de fiecare parte a stlpului.n cazul structurilor cu deschideri mari (mai mari de 12-15 m), se pot ntlni i mbinri de tipgrind-grindsau de continuitate (tip 3). Tipul 4 de mbinare reprezinto mbinare similar darpentru continuitatea stlpilor. Tipul 5 de mbinare este caracteristic bazei stlpilor i areparticularitatea creazempe cuzinetul din beton al fundaiei.

Din punct de vedere formal se poate face distincia ntre nod i mbinare, dup cumurmeaz:

- mbinareaeste reprezentat de componentele fizice care leaggrinda i stlpul i este

concentrat n locaia n care se efectueaz prinderea propriu-zis. Este compus din diversecomponente care formeazmbinarea i sunt caracteristice acestei tipologii (spre exemplu n cazulunei mbinri cu placde capt prinscu uruburi, componentele sunt placa de capt, uruburileetc.);

- Nodul este reprezentat de mbinare, la care se adaug zona de interaciunecorespondent, situat ntre elementele mbinate, cum ar fi panoul de inim al stlpului. ntr-ombinare acesta lucreazpreponderent la forfecare, dar pot exista i efecte locale de ntindere saucompresiune.

Figura 3. 2 ilustreazglobal aceastdistincie.

NOT

: De multe ori n practic, cei doi termeni sunt folosi

i f

r s

se fac o

difereniere ntre ei. Situaia este ntlnitchiar i n unele texte normative.


15/383

Figura 3. 2: Definiia nodului i a mbinrii.

Existdoufunciuni principale pe care mbinrile dintre grinzile i stlpii structurali trebuiesle ndeplineasc: n primul rnd, ele trebuie sfie capabile stransfere ncrcrile gravitaionalede la grinda structuralla stlp, asigurnd o bunfuncionalitate structural. n al doilea rnd, eletrebuie sconfere rigiditate i un transfer bun al eforturilor ctre stlpi n cazul ncrcrilor lateraleprovenite din seisme. O mbinare trebuie spoatrealiza ambele funciuni, pentru nivele credibilede ncrcare i de combinare a ncrcrilor, cum ar fi combinarea efectelor gravitaionale cu celeprovenite din aciunea seismic.

Sunt recunoscute trei caracteristici principale ca fiind eseniale pentru a atingeperformanele cerute n cazul nodurilor rezistente la moment, i anume rigiditatea (notatcu Sj,ininEurocode 3), rezistena la momente ncovoietoare (Mj,Rd), i capacitatea de deformare plastic(Fu), sau ductilitatea. Toate aceste caracteristici definesc principial performanele unui nod, i pot fi

uor determinate de pe curba caracteristicde rspuns Moment (M) Rotire (F) (vezi Figura 3. 3).

n cazul aciunilor seismice, unde momentele din nod i pot schimba semnul, aceste caracteristicipot fi diferite pentru momentele pozitive, respectiv negative.

Sj,ini

M

Mmax

Mj,Rd

el u Figura 3 3: Curba caracteristic de rspuns a unui nod rezistent la moment


16/383

Rigiditatea unui nod reprezintcaracteristica acestuia de a se deforma elastic. Ea poatejuca un rol aparte n comportarea structurii i poate influena deformabilitatea acesteia, perioadaproprie de vibraie i mecanismul structural de cedare. Rezistena nodului reprezintmomentulcapabil de calcul (Mj,Rd) pe care acesta l poate dezvolta, innd cont de toate componentelembinrii. Capacitatea de rotire este cel de-al treilea parametru care poate influena semnificativcomportamentul structural i reprezint rotirea ultim nregistrat n cazul unui nod. Exist mai

multe definiii ale rotirii ultime, cea mai utilizat fiind cea reprezentat de rotirea nregistrat ncazul unei scderi maxime a momentului cu 20%, nregistrat pe panta descendent a curbeicaracteristice M-F.

3.2. CLASIFICAREA NODURILOR NCONFORMITATE CU SR EN 1993-1-8

3.2.1 Introducere

n modul tradiional de proiectare, nodurile grind-stlp au fost considerate ca fiind rigidesau articulate. Termenul de articulat se referea n principal la acele noduri care nu pot preluamomente ncovoietoare. Aa cum a fost demonstrat de testele experimentale efectuate n anii `90,multe din nodurile proiectate ca total rezistente i rigide s-au dovedit a avea un comportamentparial rezistent i/sau semirigid. Pe de altparte, nodurile clasificate ca articulate din punct devedere al rezistenei, au dovedit o anumitcapacitate de transfer a momentului ncovoietor ntreelementele mbinate.

n general comportamentul real la rotire al nodurilor are caracteristici intermediare ntre celedoucazuri limit: rigid / articulat. Considernd rspunsul M-Fal unui nod, putem distinge mai

multe cazuri:- atunci cnd toate componentele unui nod sunt suficient de rigide (ideal rigide),

comportarea este rigid i nu exist diferene ntre rotirile de la capetele elementelormbinate (vezi Figura 3. 4a). n acest caz nodul se rotete ca un corp rigid;

- dacnodul nu are rigiditate la rotire, atunci elementul mbinat este considerat articulat nacel capt (vezi Figura 3. 4b);

- pentru cazurile intermediare, n care rigiditatea nodurilor nu este infinit dar nici nul,rezulto diferenFntre rotirile absolute ale elementelor mbinate (Figura 3. 4c). n acest

caz nodul este semi-rigid.

a) Nod rigid b) nod articulat c) Nod semi-rigid

Figura 3 4: Tipuri de noduri n funcie de rigiditatea acestora


17/383

Pentru modelele de analiz structural, n cazurile n care nodurile nu sunt rigide sauarticulate, cea mai bun reprezentare este prin intermediul unui resort poziionat ntre capeteleelementelor mbinate (spre exemplu ntre captul grinzii i stlp) n care rigiditatea la rotire Sesteparametrul care asociazmomentului Mjal nodului unei rotiri F(rotirea absolutdintre elementele

mbinate). Dacrigiditatea Seste zero, nodul devine articulat. Dacrigiditatea este infinit, noduleste perfect rigid. Pentru cazurile intermediare devine semi-rigid. Reprezentarea acestor cazuri

este fcutn Figura 3. 5, pentru cazul analizei liniar-elastice.

Mj

Mj

Mj

a) Nod rigid b) Nod articulat c) Nod semi-rigid(F= 0) (Mj= 0) (F0; Mj0)

Figura 3. 5: Modelarea nodurilor pentru analiza elastic

NOT: Prin aceastprocedureste eliminat conceptul de noduri articulate / noduririgide iar proiectantul este ncurajat sconsidere beneficiile pe care le poate avea un nodsemi-rigid.

Dei n sine reprezint cazuri ideale, Eurocode 3 accept ca nodurile cu caracteristiciapropiate de cele articulate sau rigide s fie catalogate de drept articulate respectiv rigide.Clasificarea acestora se face practic prin comparaia rigiditii obinute pentru nod, cu rigiditatea lancovoiere a grinzii (vezi paragraful urmtor).

Dac structura este analizat printr-o analiz elastic-plastic sau rigid-plastic, atunci

trebuie sexiste informaii i despre rezistena la ncovoiere a nodului. n principal conteazdacaceasta este mai mare sau nu dect cea a elementelor mbinate. Prin aceasta se poate precizacare va fi ordinea de apariie a articulaiilor plastice la ncrcri extreme i formarea mecanismuluide cedare. n funcie de aceste elemente se va face dimensionarea nodurilor n mod disipativ saunedisipativ (spre exemplu prin cerinele speciale impuse de Eurocode 8). Din acest punct devedere putem avea noduri total rezistente sau parial rezistente.

Termenul de total rezistent se refer la rezistena mbinrii, n comparaie cu cea aelementului mbinat. Dac rezistena la ncovoiere a nodului este mai mare dect cea a grinziimbinate, atunci mbinarea este ncadratn categoria nodurilor total rezistente.

n mod normal modul de comportare al nodurilor trebuie luat n considerare n analizastructural prin influenele pe care le pot avea asupra eforturilor interne, ale deformaiilorstructurale i asupra mecanismului de cedare Dac aceste efecte sunt suficient de mici acestea


18/383

pot fi neglijate (nodurile cvasi-articulate sau cvasi-rigide). Pentru identificarea diferitelor tipuri denoduri, Eurocode 3-1.8 conine criterii de clasificare, n funcie de rigiditate i rezisten.

NOT: Eurocode 3-1.8 permite calcularea caracteristicilor de rigiditate i rezistenanodurilor n funcie de tipologia i componentele acestora. Clasificarea dup rigiditate irezistenpoate fi fcutdoar dupcalcularea acestor valori.

3.2.2 Clasificarea nodurilor duprigiditate

n funcie de rigiditatea la rotire a nodului, acesta poate fi clasificat ca rigid, nominal articulatsau semi-rigid, prin comparaia rigiditii iniiale la rotire Sj,inicu anumite valori limitcare depind derigiditatea grinzii care este mbinat i de tipul cadrului din care face parte. Modalitile dedeterminare a rigiditii nodului sunt oferite n Eurocode 3-1.8, 6.3 i explicate n capitolul 6 alprezentului document. Clasificarea nodurilor duprigiditate i valorile limitale clasificrilor suntreprezentate n Figura 3. 6.

M j

1

2

3

zona 1 - Rigid, daca Sj,ini > kbEIb/Lbzona 2 - Semi-Rigid, daca 0.5 EIb/Lb < Sj,ini < kbEIb/Lbzona 3 - Articulat, daca Sj,ini < 0.5 EIb/Lb

kb= 8pentru cadre unde sistemulde contravntuiri reducedeplasrile orizontale cu cel puin80% (n general cadrecontravntuite),

kb= 25pentru alte cadre cucondiia ca la fiecare etaj (ngeneral cadre necontravntuite)

Kb/Kc0,1)

) Pentru cadre la care Kb/Kc < 0,1mbinrile se clasificca semirigide.

Kbeste valoarea medie a Ib/Lbpentru toate grinzile de la partea superioara acestui etajKceste valoarea medie a Ic/Lcpentru toi stlpii din acest etajIbeste momentul de inerie al ariei unei grinziIceste momentul de inerie al ariei unui stlpLbeste deschiderea grinzii (din ax n axul stlpului)Lceste nlimea de etaj a stlpului.

Figura 3. 6: Clasificarea nodurilor duprigiditateNodurile articulatetrebuie sfie capabile stransmiteforturile interne fro dezvoltare

semnificativ a momentelor ncovoietoare care safecteze elementele structurale mbinate sauntreaga structur. Un nod articulat trebuie s preia rotirile rezultate din aplicarea eforturilorcalculate.

Nodurile rigide trebuie s posede suficient rigiditate la rotire pentru a putea justificaanaliza bazatpe noduri continue.

Nodurile semi-rigidesunt nodurile care nu ndeplinesc criteriile pentru noduri rigide saucele articulate. Nodurile semi-rigide oferun anumit grad de interaciune al elementelor mbinate,

n funcie de caracteristicile componentelor. Nodurile semi-rigide trebuie s fie capabile stransmiteforturile interne i momentele rezultate din analizele statice.


19/383

NOT: n cazul mbinrilor de la baza stlpilor rigiditatea nodului este comparatcurigiditatea stlpului, iar valorile raportului de rigiditate Sj,ini/(EIc/Lc) propuse pentrurealizarea mbinrilor este de 30 pentru cadrele necontravntuite, respectiv 12 pentrucadrele contravntuite (Wald, Jaspart, 1999).

3.2.3 Clasificarea nodurilor duprezisten

n funcie de rezistena pe care un nod o poate dezvolta la momente ncovoietoare, acestapoate fi clasificat ca articulat, total rezistentsauparial rezistent.

Practic, rezistena unui nod metalic reprezintmomentul capabil de calcul (Mj,Rd) pe acestacare l poate dezvolta, innd cont de toate componentele acesteia. Componentele caracteristicejoacun rol esenial n proiectarea structural, iar o dimensionare deficienta nodurilor poate ducela cedri structurale premature.

ncadrarea intr-una din categorii rezult prin compararea simpl a momentului capabil cu

cel al elementelor mbinate. Conform Eurocode 3 partea 1-8 5.2.3.3, un nod este clasificat ca fiindcu rezistentotaldacndeplinete criteriile din Figura 3. 7.

Pentru nodul superioral stlpului

Mj,Rd

Fie Mj,RdMb,pl,Rdsau Mj,RdMc,pl,Rd

Pentru nodulintermediar al stlpului Mj,Rd

Fie Mj,RdMb,pl,Rdsau Mj,Rd2Mc,pl,Rd

Cu: Mb,pl,Rd- momentul capabil de calcul rezistent plastic al grinzii;Mc,pl,Rd- momentul capabil de calcul rezistent plastic al stlpului.

Figura 3. 7: Clasificarea nodurilor duprezisten

Practic aceste condiii conduc la plastificarea celui mai slab element mbinat nainteanodului. Momentul capabil al stlpului este dublat n cazul nodului intermediar datoritprezenei adou elemente de stlp n nod (ramura superioar respectiv cea inferioar) care doarplastificndu-se mpreunpot conduce la un mecanism de nod.

Conform Eurocode 3 partea 1-8 5.2.3.2, un nod reprezint o articulaie formal dacmomentul su de calcul rezistent Mj,Rd nu este mai mare dect 0,25 ori momentul de calcul

rezistent pentru o mbinare de totalrezisten. n plus, el trebuie sposede o capacitate de rotiresuficientpentru a prelua rotirile rezultate din efectul aciunilor.

Un nod care nu ndeplinete criteriile pentru un nod de rezistentotaldar nici pe cele dearticulaie formalreprezintun nod cu rezistenparial(clauza 5.2.3.4 din Eurocode 3 partea1-8).

Aceste sistem de clasificare este prezentat n Figura 3. 8 pe diagrama caracteristicM F.


20/383

M j

formal articulate

partial rezistente

total rezistente

Mj,Rd

limitele conditiilor de clasificaredupa rezistenta

momentul capabil calculat alnodului (exemplu)

Figura 3. 8: Condiiile de clasificare n funcie de rezisten

3.2.4 Clasificarea nodurilor duprezisteni rigiditate

n mod normal o caracterizare a nodurilor doar dup rezisten sau doar dup rigiditateeste incomplet. O caracterizare complet trebuie s conin informaii despre ambii parametri.Figurile de mai jos prezintca exemplu curbele caracteristice moment-rotire pentru diferite noduri(aceleai n ambele figuri) dar caracterizate n funcie de cei doi parametri.

M

Mcr

1

23

4

5

6

total-rezistente

partial-rezistente

M

Mcr

1

23

4

5

6 articulate

0,25 Mcr

Semi-rigid

Rigid

Momentulde calcul

a) Clasificare duprezisten b) Clasificare duprigiditate

Figura 3. 9: Exemple de curbe caracteristice pentru noduri

n mod evident, nodurile 1,2 i 4 sunt clasificate ca total rezistente, datorit faptului c

momentul capabil este mai mare dect cel al grinzii. Toate trei sunt rigide, cu men iunea cnodul 4 se apropie de o mbinare semi-rigid. Momentul capabil al nodurilor 3 i 5 este mai mic dect cel al grinzii mbinate, iar acestea

pot fi clasificate ca noduri parial rezistente. Totui, dintre acestea nodul 3 este rigid, iarnodul 5 semi-rigid.

Nodul 6 reprezintn mod net unul articulat att din punctul de vedere al rezisten ei ct idin al rigiditii.

Figura 3. 10 prezinttipologii aproximative ale nodurilor care conduc la comportamenteleM-din Figura 3. 9:

- mbinarea sudat1conduce de obicei un comportament foarte rigid (rigiditatea panoului

de inima stlpului este cel care dicteazn acest caz rigiditatea nodului) i dacexistplcue petlpile grinzilor o rezistensuperioargrinzii;- mbinrile de tip 2, cu profile T pe tlpile grinzii reprezinto alternativbuncelor sudate,


21/383

- nodurile cu mbinri cu placde capt i uruburi de tip 3 pot avea diferite caracteristici, nfuncie de jocul parametrilor interni: grosimea plcii de capt, diametrul uruburilor, prezenadiferitelor tipuri de rigidizri, rezistena componentelor etc.;

- pentru nodurile de tip 4, cu corniere pe tlpile grinzii, este caracteristico rigiditate relativmic, datoritalunecrii uruburilor n corniere, dei n final ele pot avea un moment capabil maimare dect cel al grinzii (noduri total-rezistente);

- nodurile cu mbinri cu placde capt exact(de tip 5), sunt aproape ntotdeauna de tip

semi-rigid i parial rezistent. Datoritfaptului cprimul urub ntins se gsete sub talpa ntinsagrinzii, momentul dezvoltat de acest tip de mbinare nu este mai mare dect cel al grinzii;

- mbinrile pe inima grinzii cu corniere sau plcue sudate reprezintsoluii clasice pentrunodurile articulate (att pentru momente ct i pentru rigiditate)

1 2 3 4 5 6

Figura 3. 10: Exemple de tipologii de mbinri grind-stlp* Not: Nodurile din figur sunt cu titlu informativ. Comportamentul real al unui nod depinde decaracteristicile determinate conform prevederilor din SR-EN 1993-1.8.

NOT: Dei teoretic pot exista noduri total rezistente i articulate (dup rigiditate)sau articulate (duprezisten) i rigide, n practicacest lucru este foarte greu de realizat.Tipologiile curente ale nodurilor pot conduce n mod uzual la urmtoarele tipuri decaracterizri (prima clasificare este a rezistenei, a doua a rigiditii):

- noduri total rezistente i rigide;- noduri total rezistente i semi-rigide;- noduri parial rezistente i rigide;- noduri parial rezistente i semi-rigide;

- noduri articulate i semi-rigide;- noduri articulate.

3.3. MODELAREA NODURILOR NCONFORMITATE CU SR EN 1993-1-8

3.3.1 Introducere

Pentru a putea caracteriza nodurile prin prisma ambelor sisteme de clasificare pentrumodelarea structural, Eurocode 3 introduce trei concepte noi, i anume noduri de tip continue,semi-continue respectiv simple(vezi Tabelul 3. 1): Tipul continuu acoper doar cazul nodurilor total rezistente i rigide. n cazul nodurilor

continue, rotirea relativ dintre elementele mbinate este relativ mic, dac momentulncovoietor aplicat este mai mic dect momentul rezistent al nodului;

Tipul de noduri semi-continuu se refer la cazurile nodurilor rigide / parial rezistente,semi-rigide / total rezistente i semi-rigide / parial rezistente. n acest caz rigiditateanodurilor poate influena rspunsul structural (distribuia eforturilor interne i a deformaiilor)i existposibilitatea ca nodul scedeze naintea elementelor mbinate. n acest caz estede preferat ca ductilitatea nodului sfie suficientpentru a permite redistribuirea eforturilor

n structur;


22/383

Nodurile simple acoper cazul nodurilor articulate att n privina rigiditii ct i amomentului transmis. Acest tip de noduri nu pot prelua momente ncovoietoare i potasigura doar transferul forelor tietoare ntre elementele mbinate.

Tabelul 3. 1 Tipuri de modelare a nodurilor.Rezisten

Rigiditate

Total rezistente Parial rezistente ArticulateRigid Continue Semi-continue *

Semi-rigid Semi-continue Semi-continue *Articulat * *

*: Frsemnificaie

* Not: Continuitatea se referla transferul complet al eforturilor de legturdar n contextul relaiei moment-rotire, care caracterizeaz nodurile structurale care pot prelua i transmite moment ncovoietor, ntre 2elemente interconectate n nod spre exemplu. Aceastcontinuitate se refer la momentul ncovoietor i larotirea corespunztoare. Un nod semi-continuu transfer doar parial momentul ncovoietor, fiind cazulmbinrilor semi-rigide i/sau parial rezistente.

Interpretarea care trebuie datacestor trei concepte depinde primordial de tipul de analiz

care este efectuat: n cazul unei analize elastice globale doar proprietatea de rigiditate este semnificativ

pentru modelarea nodurilor structurale; n cazul unei analize de tip rigid-plastic, principala caracteristica nodului este rezistena; n toate celelalte cazuri, maniera n care nodurile sunt modelate depinde att de rezisten

ct i de rigiditate.

Posibilitile de modelare ale nodurilor sunt ilustrate n Tabelul 3. 2.

Tabelul 3. 2 Modelarea nodurilor i tipurile de analiz.Tip de analiz

Modelare Analizelastic Analizrigid-plastic

Elastic-perfect plastic sauelasto-plastic

Continu Rigide Total rezistente Rigide/Total rezistente

Semi-continu Semi-rigide Parial rezistenteRigide/Parial rezistente

Semi-rigide/Total rezistenteSemi-rigide/Parial rezistente

Simpl Articulate Articulate Articulate

Prin urmare, calculul articulatse bazeazpe ipoteza cgrinzile sunt simplu rezemate iimplico prindere suficient de flexibilpentru a nu dezvolta momente n noduri. Daceste folositacest concept, nodurile sunt clasificate ca nominal articulate, indiferent de metoda de analiz

global.

Dac este adoptat conceptul continuu, tipurile de noduri folosite depind de metoda deanalizglobal. Daceste folositanaliza elastic, nodul trebuie clasificat n funcie de rigiditate ise vor utiliza mbinri rigide. Dac este folosit o metod plastic, nodurile vor fi clasificate nfuncie de rezisten i vor fi folosite mbinri total rezistente. Dacmetoda global de analizfolositeste de tip elastic-plastic, atunci nodurile trebuie clasificate att duprigiditate ct i duprezisten. Se vor folosi noduri rigide i total rezistente. Acestea trebuie s fie capabile s preiamomentul ncovoietor de calcul, fora de forfecare i fora axial, cu meninerea rigiditii globale anodului.

Metoda semi-continu accept faptul c cele mai multe din nodurile reale dezvolt ovaloare intermediara rigiditii, iar momentul capabil al nodului este limitat. n cazul n care este


23/383

folositanaliza elastic, vor fi folosite nodurile semi-rigide. Daceste folositanaliza globalde tiprigid-plastic, nodurile sunt clasificate numai n funcie de rezisten.

3.3.2 Metode de analizpentru noduri

Analiza elastic

Pentru o analizglobalelasticnodurile trebuie clasificate numai n funcie de rigiditateaacestora (vezi Eurocode 3 1993-1-8, 5.2.2). Se considercntr-o analizde tip elastic nu seajunge la plastificarea componentelor mbinrii sau a panoului de inim, prin urmare nodul trebuiesaibsuficientrezistenpentru a transmite eforturile care acioneazn nod.

Pentru nodurile semi-rigide, n analiza global este folosit rigiditatea la rotire Sj,corespunztoare momentelor Mj,Ed ncovoietoare rezultate din analiza elastic. Dac valoareamomentului ncovoietor Mj,Ed nu este mai mare de 2/3 Mj,Rd , atunci n analiz se poate folosivaloarea ntreaga rigiditii nodului, notatcu Sj,ini(vezi Figura 3. 11 a). O valoare a momentuluiMj,Ed mai mare de 2/3 Mj,Rd implic o degradare a rigiditii nodului (vezi curba caracteristicmoment-rotire a unui nod - Figura 3. 3) i de aceea, n seciunea 5.1.2. a Eurocode 3 1-8 estepropusfolosirea unei valori a rigiditii iniiale amendatcu coeficientul (vezi Figura 3. 11 b).Valoarea coeficientului de modificare a rigiditii a fost determinat pe bazexperimentali estedat n Tabelul 3. 3 n funcie de tipul mbinrilor.

Figura 3. 11: Rigiditatea la rotire folositn analiza globalelastic(SR-EN 1993-1-8, 2006)

Tabelul 3. 3 Coeficientul de modificare a rigiditii.

Tip de mbinare Noduri grind-stlpAlte tipuri de noduri

(grind-grind, grind-eclise, bazele stlpilor)

Sudat 2 3

Placde capt cu uruburi 2 3Corniere pe tlpi i uruburi 2 3,5Placde baz - 3

Analiza rigid-plastic

n acest caz, clauza 5.2.3. a Eurocode 3-1-8 prevede ca nodurile sfie clasificate numaiduprezisten. Prin urmare rigiditatea nodurilor este consideratinfinitiar singura caracteristicimportanteste rezistena la momente ncovoietoare Mj,Rd:

- Pentru noduri care mbinprofile de tip I sau H, valoarea rezistenei mbinrii se calculeazconform seciunii 6.2.

- Pentru noduri care mbin elemente tubulare, rezistena nodurilor se calculeaz confirmseciunii 7 din partea 1-8 a Eurocode 3.


24/383

n plus fa de aceste prevederi, trebuie verificat ductilitatea la rotire a nodului, rotireaacestuia trebuind s fie suficientpentru a putea prelua rotirile rezultate din analiza structural.Pentru aceasta, nodurile care mbinprofile de tip I sau H trebuie verificare la cerinele 6.4 dinEurocode 3-1-8.

Analiza elastic-plastic

Analiza elastic-plastic implicclasificarea comportrii nodului att duprigiditate (pentrudefinirea caracteristicilor elastice) ct i a rezistenei (pentru definirea ordinei de apariie aarticulaiilor plastice). Pentru calculul elementelor caracteristice sunt folosite urmtoarele seciunidin Eurocode 3 Partea 1-8:

- Pentru nodurile care mbin profile de tip I sau H, valoarea rezistenei mbinrii Mj,Rd secalculeazconform seciunii 6.2, rigiditatea este calculatconform 6.3, iar indicii despre valoareaultima rotirii nodului este datn seciunea 6.4.

- Pentru noduri care mbin elemente tubulare, elementele caracteristice sunt calculateconform metodei oferite de seciunea 7 din partea 1-8 a Eurocode 3.

n cazul analizei globale de tip elastic-plastic, pentru determinarea eforturilor interne aleelementelor trebuie folositcurba completde rspuns caracteristica nodului. Ca simplificare, sepoate adopta o curbde rspuns moment-rotire biliniar, de genul celei prezentate n Figura 3. 12.Coeficientul de modificare a rigiditii rmne identic cu cel folosit pentru analiza elastic.

Figura 3. 12: Curba caracteristicbiliniarde modelare a caracteristicilor nodurilor

Analiza globala grinzilor cu zbrele

Prevederile seciunii 5.1.5 ale Eurocode 3 1-8 referitoare la analiza globala grinzilor cu

zbrele sunt valide numai dacnodurile structurale verificprevederile seciunii 7.n cazul grinzilor cu zbrele, se consider faptul c nodurile de prindere ale elementelor

sunt articulate iar distribuia forelor axiale din grinzile cu zbrele este fcut n aceast ipotez.Problema principalcare se pune n cazul grinzilor cu zbrele este axialitatea forelor normale. ncazul n care exist excentriciti, acestea introduc momente secundare n noduri i elemente.Preocuparea majorn acest caz este de a identifica dacmomentele secundare au efect majorasupra eforturilor rezultate din analiza structuralsau pot fi ignorate n analiz.

n cazul n care existexcentriciti care introduc momente secundare n noduri, acesteapot fi neglijate att pentru calculul nodurilor ct i pentru cel al elementelor dacsunt satisfcute

urmtoarele doucondiii:- geometria nodurilor este n limitele de aplicabilitate (specificate n tabelele 7.1, 7.8, 7.9 sau7.20 ale Eurocode 3 1-8;


25/383

- raportul dintre lungimea teoretici grosimea elementului n planul zbrelelor nu este maimic dect valoarea minim corespunztoare (pentru structurile cldirilor, valoarea minimcorespunztoare poate fi acceptat 6 iar valori mai mari se pot aplica pentru alte pri ale EN1993).

n schimb, momentele rezultate din ncrcrile transversale (din plan sau din afara planului)

care sunt aplicate ntre punctele teoretice ale panourilor, se iau n considerare la calculul barelorpe care ele sunt aplicate. Cu condiia satisfacerii condiiilor prevzute n 5.1.5(3):- zbrelele pot fi considerate ca articulate n tlpi i deci momentele rezultate din ncrcrile

transversale aplicate pe barele tlpii nu este necesar sfie distribuite n zbrele i invers;- tlpile pot fi considerate ca grinzi continue simplu rezemate n noduri.

3.3.3 Modelare i surse ale deformabilitii n noduri modelarea simplificat nconcordancu EN 1993-1-8, 5.3

Atunci cnd se proiecteazun nod grind-stlp, diferenierea dintre deformaia mbinrii icea a panoului de inim al stlpului conduce la evaluarea teoretic a ambelor deformaii. npracticacest lucru este posibil numai prin utilizarea unor programe de analizsofisticate care sfie capabile smodeleze n mod diferit ambele surse de deformabilitate.

Pentru cele mai multe programe de analiz, modelarea nodurilor trebuie sfie simplificatprin concentrarea surselor de deformabilitate printr-un resort rotaional dispus la intersecia axelorelementelor mbinate.

Ca alternativsimplificat, un nod marginal poate fi modelat ca o mbinare unic, n timp ceun nod intern poate fi modelat ca dou noduri separate dar care interacioneaz, cte una defiecare parte a axului de stlp. Ca o consecin, un nod grind-stlp intern are dou curbecaracteristice moment-rotire, cte una n fiecare parte a stlpului (vezi Figura 3. 13).

1 32

Nod de faad Nod intern

1 nod simplu2 nod stnga pentru nodul interior3 nod dreapta pentru nodul interior

Figura 3. 13: Simplificarea modelrii nodurilor (SR-EN 1993-1-8, 2006)

3.3.4 Concentrarea deformabilitilor n noduri

Pentru a modela un nod astfel nct el s reproduccorect comportarea sa real, panoulde inimsolicitat la forfecare i fiecare din prinderi, trebuie modelate separat, innd seama demomentele i forele axiale din fiecare element, care acioneaz la marginea panoului de inim.Figura 3. 14 prezint valorile eforturilor interne care acioneaz la marginea panoului i foreletietoare echivalente rezultate din acestea, care se calculeazcu formula urmtoare:

1, 2, 1, 2,

,2

b Ed b Ed c Ed c Ed

wp Ed

M M V VV

z

= ( 1 )

unde z este braul de prghie al panoului de inim.


26/383

a) Valorile eforturilor la marginea panoului de inim b) Forele tietoare echivalente pe panouFigura 3. 14: Eforturi interne care acioneazpe panoul de inimi forele tietoare echivalente (SR-EN

1993-1-8, 2006).

NOT: Braul de prghie z al mbinrilor reprezint distana dintre centrul zoneicomprimate i centrul zonei ntinse. Valorile braului de prghie zsunt date n Figura 6.15din Eurocode 3 1-8. Valoarea exact

a lui zpentru nodurile cu plac

de cap

tiuruburi se

calculeazconform seciunii 6.3 a Eurocode 3 1-8.

n practica uzual de modelare a nodurilor nu se poate face o distincie ntrecomportamentul la ncovoiere al mbinrilor i forfecarea panoului de inimal stlpului. Din contr,pentru o modelare simplificat ambele deformaii trebuie concentrate ntr-un singur resort,poziionat la intersecia axelor elementelor mbinate.

Pentru nodurile marginale, modelarea se face printr-un singur resort. Primul pas estetransformarea curbei de deformabilitate prin forfecare a panoului de inima stlpului ntr-o curbde tip Mb-g, prin intermediul parametrului de transformare b (vezi Figura 3. 15 b). Acest

parametru (definit n Figura 3. 15 - a) consider forfecarea panoului de inim al stlpului prinintermediul forelor de compresiune i de ntindere localizate n tlpile elementelor mbinate.

Curba generalcaracteristic Mj-Fa resortului (care reprezint comportamentul nodului)

este prezentat n Figura 3. 15 c. Aceasta este obinutprin nsumarea simpl a rotirilor dinmbinare (Fc) i din panoul stlpului (g).

Mb Mb Mb, Mj

Mb,j Mb,j Mb,j

(a) mbinare (b) Forfecarea panoului de inim (c) Resort

Figura 3. 15: Caracteristicile modelului tip resort la ncovoiere (CIDECT, 2009).


27/383

Mb2 Mb1Mb

Fb

Fb

Vwp

Vwp

Vwp

Vwp

Fb2 Fb1

Fb2 Fb1

/

wp b

b b

V F

unde F M z

=

=

1 1 2 21 1

2 2

/

/

wp b b

b b

b b

V F F

unde F M z

F M z

= =

=

=

a) configuraie unilateralde nod b) configuraie bilateralde nodFigura 3. 16: Definirea parametrului de transformare b(CIDECT, 2009).

Nodurile interne implicexistena a dougrinzi i n consecina doumbinri, denumitegeneric stnga respectiv dreapta. Derivarea curbelor de deformabilitate corespondente esteefectuatntr-o maniersimilarcu derivarea curbei caracteristice pentru mbinarea marginal, darn cazul de fasunt folosii doi parametri de transformare b1respectiv b2, cte unul pentru fiecare

mbinare (Figura 3. 16 b).

NOT: Soluiile structurale americane se bazeazpe grinzi cu nlime mare i stlpicompaci, cu tlpi groase i seciune mic. Grinzile nalte au un efect benefic asupraforfecrii panoului de inimal stlpului datoritfaptului cforele induse de tlpile grinzilorsunt mai mici n cazul grinzilor mai nalte. Prin urmare, pentru nodurile rigide i totalrezistente este de preferat sse aleagsoluia cu grinzi nalte sau vute n zona de mbinare.

Datoritfaptului cvalorile parametrilor bpot fi determinate doar dupce sunt cunoscute

eforturile interne, determinarea corecta acestora nu poate fi fcutdect printr-un proces iterativcu eforturile interne rezultate din analiza global. n aplicaiile practice, n care un asemenea

proces iterativ nu este acceptabil, sunt stabilite valori conservative ale parametrului b. Acestevalori trebuie folosite pentru modelarea nodurilor i pe baza acestei modelri, poate fi efectuatanaliza globaln domeniul de sigurann mod neiterativ.

Valorile recomandate (aproximative) ale parametrului b (pentru nodurile interne b1 este

considerat egal cu b2) sunt date n Eurocode 3-1-8 tabelul 5.4. (Tabelul 3. 4 aici).

Tabelul 3. 4 Valori aproximative ale parametrului de transformare (Tabelul 5.4 cf. SR-EN 1993-1-8).

Tipul configuraiei de nod AciuneValoarea lui

Mb1,EdMb1,Ed

Mb1,Ed 1

Mb1,Ed= Mb2,Ed = 0 *)

Mb1,Ed/ Mb2,Ed> 0 1

Mb1,Ed/ Mb2,Ed< 0 2

Mb1,EdMb2,Ed

Mb2,EdMb1,Ed

Mb1,Ed+ Mb2,Ed= 0 = 2*)n acest caz valoarea lui este valoarea exacti nu reprezinto aproximaie


28/383

Valorile parametrilor bvariazde la 0 pentru momente egale pe grinzi care rotesc nodul n sensuri

diferite (care anuleazpractic efectul de forfecare al panoului vezi Figura 3. 17- a) la b= 2, n

cazul momentelor egale care rotesc nodul n acelai sens (Figura 3. 17- b).

MbMb

b= 0

MbMb

b= 2a) Momente ncovoietoare echilibrate b) Momente ncovoietoare egale i de sens contrar

Figura 3. 17: Cazuri extreme ale parametrului de transformare b.

Eurocode 3-1-8 oferde asemenea posibilitatea gsirii unor valori mai exacte pentru parametri detransformare b1 i b2, pe baza valorilor momentelor grinzilor Mj,b1,Ed i Mj,b2,Ed de la intersecia

liniilor centrelor de greutate ale elementelor mbinate (n cazul n care acestea sunt cunoscute):

, 2,

1

, 1,

1 2j b Ed

j b Ed

M

M = ( 2 )

, 1,

2

, 2,

1 2j b Ed

j b Ed

M

M = ( 3 )

Cu: Mj,b1,Ed momentul ncovoietor de la extremitatea grinzii din dreaptaMj,b2,Ed momentul ncovoietor de la extremitatea grinzii din stnga


29/383

CAPITOLUL IV

MBINRI SIMPLE


30/383

4.1. INTRODUCERE

Soluiile constructive alese pentru mbinri i proiectarea acestora depinde, n bunmsur, de opiunea inginerului proiectant de metodologia pe care acesta intenioneaz s oaplice la proiectarea structurii. n Eurocode 3 (EN 1993-18:2006) se accepttrei modele pentruconsiderarea comportrii, ct mai aproape de realitate, n analiza global a structurilor. Potrivitacestor modele mbinrile pot fi simple, semi-continue sau continue. Clasificarea mbinrilor ntr-unul din aceste modele se poate face prin calcul i/sau prin ncercri experimentale. Metodele deanalizstructuralpermise de norm, n domeniul elastic sau plastic, de ordinal I sau II pot opera,n funcie de situaia specific, cu oricare din cele trei modele.

n cadrul acestui capitol se vor trata mbinrile modelate ca fiind simple. O mbinare simplpoate transfera numai fore, avnd o capacitate neglijabil pentru transferul momentelor

ncovoietoare; altfel spus, o asemenea mbinare nu are rigiditate la rotire. n conformitate cuaceastdefiniie, ntr-o structurn care elementele structurale sunt legate ntre ele prin mbinrisimple, grinzile vor fi simplu rezemate, iar stlpii se consider solicitai numai la forte axiale,eventual i la mici momente ncovoietoare datoritexcentricitii mbinrilor cu grinzile. n realitate,ns, i mbinrile considerare simple posedo oarecare rigiditate la rotire, cea ce n practicface posibilmontarea structurilor fra se lua, n general, msuri de contravntuire temporar.Totodattrebuie subliniat faptul cexcentricitile pe care le prezintaceste mbinri genereazmomente ncovoietoare, chiar dacsunt cu valori reduse, la nivelul conectorilor (uruburi, suduri),care pot aduce solicitri suplimentare ce nu mai pot fi neglijate (vezi exemplele 4.4.4 i 4.4.5).

mbinrile simple trebuie s permit rotirea capetelor grinzilor atunci cnd acestea suntconsiderate simplu rezemate. Libertatea de rotire nu trebuie ns s afecteze capacitatea de

preluare i transmitere a forelor tietoare i, respectiv, forelor axiale. Teoretic, o grind cunlimea seciunii de 475 mm, avnd o deschidere de 6 m, se rotete la capete cu 0,022 radiani(1,260) sub aciunea forei uniform distribuite capabile. n realitate ns, unghiul de rotire este maimic deoarece soluia constructivpentru rezemri, chiar simpl, limiteaz libertatea de rotire. ncazul mbinrii grind-stlp, se recomand evitarea contactului forat al tlpii grinzii pe talpastlpului, ceea ce este posibil atunci cnd rezemarea permite rotirea captului grinzii, ntructaceasta ar putea introduce solicitri excesive n mbinare. Pentru a evita o asemenea situaie se valsa un spaiu de minimum 10 mm intre captul grinzii i faa stlpului.

n unele ri din Comunitatea European, existdeja reglementri de calcul pentru noduristructurale simple. Din pcate, aceste recomandri nu acoper toate tipurile de cedare i dau

uneori reguli de proiectare semnificativ diferite pentru un mod de cedare caracteristic.

n acest capitol, se face referin la diferite acte normative sau recomadri de proiectarecum ar fi:

- EN1993-1-8:2006, Eurocod 3: Proiectarea structurilor de oel. Partea 1-8:Proiectarea mbinrilor;

- ECCS No. 126, TC10: Structural Connections, European Recommendations for theDesign of Simple Joints in Steel Structures, Eurocode 3, Part 1-8, 2009

- BS5950, Partea 1 i recomandrile BCSA-SCI.Fiecare din aceste documente posed propriul domeniu de aplicare care favorizeaz


31/383

n scopul stabilirii unei metode de calcul n acord cu principiile generale de calcul stabilite nEN1993-1-8, au fost stabilite unele tabele de calcul pentru mbinri cu placde capt redusieclis, la Universitatea din Liege i discutate la mai multe reuniuni ale Comitetului Tehnic 10mbinri structurale al ECCS. Acest capitol conine toate aceste reguli de proiectare.

4.2. SCOP, DOMENIU DE APLICARE I SOLUIICONSTRUCTIVE

4.2.1 Tipuri de structuri

Nodurile structurale simple sunt ntlnite de obicei la cldiri n cadre din oel, dar pot fifolosite i la alte tipuri de structuri pentru a mbina elemente din oel (de exemplu: structuri depoduri).

4.2.2 Tipuri de elemente mbinate

Elementele structurale considerate n acest capitol pot fi de urmtoarele tipuri:

- grinzi cu seciune I sau H;

- stlpi cu seciune I sau H (cu posibilextindere la seciuni tubulare RHS i CHS).

4.2.3 Tipuri de mbinare

Metodele de calcul sunt stabilite pentru noduri solicitate la ncrcri predominant staticesau quasi-statice. Influena efectelor din obosealeste neglijat.

Rezistena mbinrii este verificat la solicitri de forfecare i axiale. Forele de forfecarecorespund condiiilor uzuale de ncrcare n timpul vieii structurii; forele axiale se pot dezvoltaatunci cnd cadrul este supus la o explozie sau cnd cedeazun stlp de rezemare (Figura 4.1).

Figura 4.1: Fore axiale (ECCS 126, 2009)

4.2.4 Mrci de oel

Acest capitol se aplicmrcilor de oel S 235, S 275, S 355, S 420 i S 460.


32/383

4.2.5 Configuraii de nod posibile (ECCS 126, 2009)

Toate configuraiile de nod posibile, sunt dupcum urmeaz(vezi EN 1993-1-8, paragraf1.3, Fig. 1.2):

Configuraie de nod grind-stlp (Figura 4.2):

a) Configuraie unilateralde nod

Dupaxa principal Dupaxa secundar

b) Configuraie bilateralde nod

Dupaxa principal Dupaxa secundarFigura 4.2: Configuraie de nod grind-stlp

Configuraie de nod grind-grind(Figura 4.3):

a) Configuraie unilateralde nod

Grindfrcrestturrezematpe inima grinzii Grindcu o crestturrezematpe inima grinzii Grindcu doucrestturirezematpe inima grinzii

b) Configuraie bilateralde nod

Grindfrcresttur

rezematpe inima grinzii

Grindcu o cresttur

rezematpe inima grinzii

Grindcu doucrestturi

rezematpe inima grinziiFigura 4.3: Configuraie de nod grind-grind


33/383

Configuraie de nod de continuitate la grind(Figura 4.4):

Locaiile posibile pentru astfel de configuraii de noduri sunt n zonele de momentncovoietor nul sau apropiat.

Figura 4.4: Configuraie de nod de continuitate la grind

Configuraie de mbinare de continuitate la stlp (Figura 4.5):

Figura 4.5: Configuraie de mbinare de continuitate la stlp

Configuraie de nod cu zbrea (contravntuire) (Figura 4.6):

Figura 4.6: Configuraie de nod cu zbrea (contravntuire)


34/383

Configuraie de nod la baza stlpului (Figura 4.7):

Column-concrete

"connection"

Concrete-ground"connection"

Figura 4.7: Configuraie de nod la baza stlpului

4.2.6 Tipuri de dispozitive de mbinare (ECCS 126, 2009)

4.2.6.1 uruburi

Existdoucategorii de uruburi: uruburi normale i de naltrezisten. Cea de-a douacategorie poate fi utilizatpentru uruburi pretensionate care sunt caracterizate de o rezistendetip lunecare la forfecare.

Caracteristicile de calcul, geometrice i mecanice ale uruburilor sunt date n Tabelul 4.1 irespectiv Tabelul 4.2 (conform EN1993-1-8, Paragraf 3.1.1, Tabel 3.1).

Tabelul 4.1 Arii de uruburid (mm) 12 (14) 16 18 20 22 24 27 30 36

A (mm2) 113 154 201 254 314 380 452 573 707 1018As(mm

2) 84 115 157 192 245 303 353 459 561 817

Unde deste diametrul nominal al urubului,Aeste aria nominal(brut) a urubului,Aseste aria seciunii de rezistena filetului urubului.

Tabelul 4.2 Valori nominale pentru limita de curgere fybi rezistena la rupere fuba uruburilorClasa urubului 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9

fyb(N/mm2) 240 300 480 640 900

fub(N/mm2) 400 500 600 800 1000

4.2.6.2 Suduri (EN1993-1-8, Cap.4)

EN1993-1-8, Cap. 4 prezintnumeroase tipuri de suduri cum ar fi suduri de col, suduri decoln crestturi, suduri n adncime, suduri n guri umplute i suduri ntre fee rotunjite. La acestetipuri de mbinri sunt folosite n special sudurile de col.

4.2.7 Tipuri de mbinri

n prezent, pentru categoria mbinrilor simple, sunt utilizate trei tipuri de mbinri grind-tl i d i d A t t

mbinarestlp-beton

mbinarebeton-teren


35/383

4.2.7.1 mbinri cu placde capt redus(flexibil)

Soluia de principiu pentru o mbinare cu placde capt flexibil, cu prindere pe talpi,respectiv, inima stlpului se arat n Figura 4.8: mbinare cu plac de capt redus (flexibil).Placa se prinde n fabricsau atelier, prin sudare cu cordoane de sudurde colde captul grinzii;mbinarea de montaj, pe antier, se realizeaz cu una sau dou rnduri verticale duble de

uruburi. nlimea sa nu depete nlimea grinzii. Este o soluie ieftin, simplu de executat lafabricaie, dar ridicdificulti la montaj datorittoleranelor mici dintre gabaritul grinzii i distanadintre stlpi. Dac aceste tolerane sunt mari este obligatorie introducerea unor plci de adauspentru compensare. Dei se practicutilizarea unor plci de capt extinse pe ntreaga nlime agrinzii, nu este insnecesar ca placa sfie sudatde tlpile grinzii.

Existnssituaii n care soluia cu placextinspe ntreaga nlime a grinzii i sudatdetlpile acesteia se practic pentru a stabiliza cadrele n timpul montajului, fr a se mai utilizacontravntuiri temporare. Pentru a se asigura flexibilitatea mbinrii n acest caz, se conteazpeflexibilitatea plcii de capt, care trebuie sfie ct mai subire, precum i pe mrirea la maximum adistanei dintre uruburi. Spre exemplu, o placde 8 mm i uruburi situate la o distaninterax de

90 mm asigurcapacitatea de rotire necesarpentru o grind cu nlimea de 450 mm; pentrugrinda de 533 mm nlime, va fi necesaro placde capt de 10 mm i uruburi distanate la 140mm. Verificarea nodului include verificarea inimii grinzii la forfecare i, respectiv, a sudurii plcii decapt de grind, care fiind neductil, trebuie sdispunde suprarezistena necesar.

Criteriile de proiectare pentru aceste tipuri de mbinri sunt urmtoarele:

1. Capacitatea portantla forfecare a grupului de uruburi

Capacitatea portant a grupului de uruburi, solicitat la forfecare (presiune pe gaur iforfecare n tij) trebuie s fie mai mare dect reaciunea de la captul grinzii. Se verificcapacitatea la forfecare att a poriunii filetate, ct i a celei nefiletate a tijei uruburilor.

2. Rezistena la forfecare i compresiune a plcii de capt

Rezistena la forfecare de o parte a plcii de capt, trebuie sfie mai mare dect jumtatedin valoarea reaciunii transmise de grind; la fel i n cazul rezistenei la compresiune local.

3. Rezistena la forfecare a inimii grinzii

Capacitatea portantla forfecare a inimii grinzii trebuie sfie mai mare dect reaciunea dela captul grinzii.

4. Rezistena cordoanelor de sudurcare prind placa de inima grinziiCapacitatea portant a acestor cordoane de sudur trebuie s fie mai mare dect

reaciunea de la captul grinzii.

5. Rezistena la forfecare i compresiune locala inimii stlpului

Rezistena la forfecare locala inimii stlpului, n cazul prinderii pe inima stlpului, trebuies fie mai mare dect jumtate din suma reaciunilor grinzilor, dintr-o parte i alta a stlpului.Rezistena la compresiune local n inima stlpului trebuie s fie mai mare dect jumtate dinsuma reaciunilor grinzilor, dintr-o parte i alta a stlpului, mprit la numrul rndurilor deuruburi cu care se realizeazprinderea.

6. Condiii pentru asigurarea integritii structurale


36/383

Capacitatea portantla ntindere a plcii de capt, a inimii grinzii i a grupului de uruburitrebuie sfie mai mare dect fora de pretensionare din tirani (daca se prevd).

Supportingelement

Supported beam

Plate

Filletweld

Single-vertical

row bolt group

Double-vertical

row bolt group

Figura 4.8: mbinare cu placde capt redus(flexibil)

4.2.7.2 mbinri cu plac(eclis) de inim

Aceastsoluie constructiv, aplicatn Australia i SUA s-a introdus mai recent n practicaeuropean. Funcia principal a acestui sistem de prindere, prin care inima grinzii se prinde cuunul sau dou rnduri duble de uruburi de o eclis dreptunghiular, prevzut cu guri pentruuruburi, sudatpe talpa sau inima stlpului (Figura 4.9: mbinare cu plac(eclis) de inim), estede a transfera stlpului reaciunea de la captul grinzii. Este o soluie simpl, economici eficace.Se poate aplica i la prinderea grinzilor secundare de grinda principal. Tolerana largexistentntre capetele grinzii care se prinde, fa de stlpii sau grinzile de care se prinde, permite unmontaj foarte uor. Debitarea i gurirea eclisei cu burghiul sau prin tanare, respectiv sudarea deelementul suport sunt operaiuni care se executn atelier sau n fabric.

O problem a crei rezolvare a necesitat investigaii aprofundate a fost aceea de adetermina corect linia de aciune a forei tietoare la jonciunea dintre grindi stlp. Existdoumodele posibile i anume, fora tietoare acioneaz la faa stlpului sau dup axa vertical agrupului de uruburi care prind eclisa de inima grinzii. Din acest motiv, momentul ncovoietor, careapare datoritexcentricitii dintre cele doua axe, dupcare poate fi considerataciunea foreitietoare, trebuie considerat mpreun cu fora tietoare, la verificarea acestei prinderi. Aceastmetodologie de calcul a fost validat prin ncercri experimentale. Totodat, ncercrileexperimentale au pus n eviden faptul cdacse folosesc eclise lungi acestea au tendina deinstabilitate prin rsucire i ncovoiere n afara planului. Sursele flexibilitii la rotire a mbinrii suntdeformarea din forfecare a uruburilor i gurilor, respectiv ncovoierea laterala eclisei.

Criteriile de proiectare pentru aceste tipuri de mbinri sunt urmtoarele:

1. Capacitatea portanta uruburilor

Fora capabil la presiune pe gaur a urubului trebuie s fie mai mare dect forarezultantmaximcare acioneaz, ca efect cumulat al forei tietoare i momentului ncovoietor,asupra urubului situat la distana maximde axa grinzii.

2. Rezistena guseului la rupere n seciunea net

Element derezemare

Grindrezemat

Placde

capt

Sudurde col

Rnd verticalsimplu de uruburi

Rnd verticaldublu de uruburi


37/383

Capacitatea portantla forfecare a guseului trebuie sfie mai mare dect reaciunea de lacaptul grinzii. Momentul capabil al guseului n seciunea net trebuie s fie mai mare dectmomentul ncovoietor produs de reaciune.

3. Rezistena grinzii n seciunea net

Se verificcapacitatea portantla forfecare a grinzii n seciunea net, care trebuie sfiemai micdect reaciunea de la captul grinzii. Pentru gusee lungi se verifici capacitatea depreluare a momentului ncovoietor produs datoritexcentricitii.

4. Rezistena cordoanelor de sudur

Cordoanele de sudurcu care se prinde guseul de stlp se prelungesc, n afara guseului,cu cel puin 0.8t; unde teste grosimea guseului.

5. Verificarea inimii stlpului la forfecare local

Rezistena la forfecare locala inimii stlpului trebuie sfie mai mare dect jumtate din

valoarea sumei dintre reaciunile grinzilor, dintr-o parte i cealalta inimii stlpului.

6. Rezistena la flambaj a guseului

Momentul critic al guseului, care i poate pierde stabilitatea prin ncovoiere lateral cursucire, trebuie s fie mai mare dect momentul ncovoietor produs de reaciune datoritexcentricitii prinderii.

7. Robusteea i integritatea structurii

Rezistenele la ntindere, ale guseului i a inimii grinzii, vor fi mai mari dect fora depretensionare din tiranii orizontali (atunci cnd acetia se dispun pentru asigurarea structurii lacolaps progresiv ca urmare a unor degradri locale produse de aciuni accidentale). Rezistena lacompresiune local(presiune pe gaur), a inimii grinzii sau guseului va fi mai mare dect fora depretensionare din tirani; inima stlpului se verificla ntinderea introdusde tirant (atunci cnd ecazul).

Supported beam

Fillet

weld

Fin plate

Supportingelement

Single-verticalrow bolt group

Double-vertical

row bolt group

Figura 4.9: mbinare cu plac(eclis) de inim

Element derezemare

Grindrezemat

Eclis

Rnd verticalsimplu de uruburi


Sudurde col


38/383

4.2.7.3 mbinri cu corniere de inim

n Figura 4.10 se arat, n principiu, soluia de prindere cu uruburi a grinzii de stlpul unuicadru prin intermediul a doua corniere, dispuse de o parte i de alta a inimii grinzii, asemenea unoreclise i trei rnduri verticale simple sau duble de uruburi (doupe elementul de rezemare i unulpe elementul rezemat). Aceasta soluie constructivare avantajul c, atunci cnd existtolerane

de 2 mm ntre diametrul uruburilor i al gurilor, montajul structurii poate fi realizat cu uurin. Deregul, se folosesc cte doucorniere, dar, pentru mbinrile mai slab solicitate poate fi folositiuna singur. Un calcul simplu bazat pe asigurarea condiiei de echilibru static, poate furniza forelede calcul ale unei asemenea mbinri. Linia de aciune, n raport cu care se realizeaztransferulforei tietoare in mbinare, se considerconinutn planul feei stlpului. Prin urmare, uruburilecare se folosesc la prinderea cornierelor de inima grinzii se vor calcula nu numai la aciunea foreitietoare, ci i la aceea a momentului ncovoietor produs de aceasta ca urmare a excentricitii.uruburile care fixeazcornierele de talpa stlpului, n schimb, se verificnumai la fora tietoare.n practic, dimensiunile cornierelor se aleg n aa fel nct acestea snu constituie componentacritica mbinrii; de aceea, criteriul de dimensionare este dat de capacitatea portantla presiunepe gaur a inimii grinzii se presupune c uruburile se aleg astfel nct forfecarea tijei s fie

evitatntotdeauna, acest tip de cedare fiind neductil. n consecin, capacitatea de rotire a acesteimbinri este guvernat, n cea mai mare parte, de deformabilitatea cornierelor i, ntr-o mai micmsur, de alunecrile dintre piesele interconectate. Pentru a mri flexibiltatea mbinrii, cornierelevor avea grosimea minim admis, iar distanele dintre uruburi vor fi ct mai mari posibil.

In cazul prinderii cornierelor de inima stlpului (mbinare pe direcia de inerie minim)poate fi necesar sse decupeze tlpile grinzii pentru a permite montajul; aceastoperaie nsnuafecteazsemnificativ, rezistena grinzii la forfecare. La montajul grinzilor, cornierele pot fi dejaasamblate cu acestea.

Web cleatWeb

cleat

Supported beam

Supportingelement

OR OR WITH

Single-vertical

row bolt group

Double-vertical

row bolt group

Single-vertical

row bolt group

Double-vertical

row bolt group

Figura 4.10: mbinare cu corniere de inim(ECCS 126, 2009)

Element derezemare

Grindrezemat

Cornierde inim

Rnd vertical simplude uruburi

Rnd vertical dublude uruburi


Rnd verticalsimplu deuruburi

mpreuncusau sau

Cornierdeinim


39/383

4.2.8 Geometria i alctuirea mbinrilor simple

4.2.8.1 Simboluri (EN1993-1-8, Paragraf 1.4)

a. Notaii generale

Pentru uruburi:n Numr total de uruburiA Aria nominalbruta urubuluiAs Aria neta urubuluid Diametrul nominal al urubuluid0 Diametrul gurii pentru un urubfu,b Rezistena ultima urubuluify,b Rezistena de curgere a urubului

Pentru suduri:

a Grosimea cordonului de sudurw Coeficient de corelare pentru evaluarea rezistenei sudurii (cf. EN1993-1-8,4.5.3.2(6), Tab. 4.1)

Pentru elementele de rezemare i cele rezemate:

t Grosimea plcii de rezemare (tcf i tcw pentru talpa respectiv inima stlpului, tbwpentru inima grinzii)

tw Grosimea inimii grinzii rezemateAb,v Aria brutforfecata grinzi rezemateAb,v,net Aria netforfecata grinzii rezemate

fu Rezistena la rupere a unui element din oel (index bwpentru inima grinzii, cfi cwpentru talpa respectiv inima stlpului)

fy Limita de curgere a unui element din oel (index bwpentru inima grinzii, cfi cwpentru talpa respectiv inima stlpului)

Coeficieni de siguran:

M0 Coeficient parial de siguranpentru seciuni din oel; este egal cu 1,0M2 Coeficient parial de siguranpentru seciune net la nivelul gurilor de uruburi,

uruburilor, sudurilor i plcilor supuse la presiune pe gaur; este egal cu 1,25

ncrcare:

VEd Fortietoare aplicatpe nod

Rezisten:

VRd Rezistena la forfecare a noduluiFv.Rd Rezistena de calcul la forfecare

b. Notaii particulare pentru mbinri cu placde capt redus


40/383

tp

t

a

e1

p1

e2S

p1

e1

e2mp

p2'

e1

p1

e1

p1

p2' e2Sp2

e2mp

Figura 4.11: Notaii pentru placa de capt redus

hp nlimea plcii de capttp Grosimea plcii de captAv Aria brutforfecata plcii de captAvnet Aria netforfecata plcii de captfyp Limita de curgere a plcii de captn1 Numr de rnduri orizontalen2 Numr de rnduri verticalee1 Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia longitudinal

e2 Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversalp1 Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direcia

longitudinalp2 Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direcia

transversalmp Distana dintre coloanele de uruburi i baza sudurii care leagplaca de capt de

inima grinzii (dupEN 1993-1-8)

c. Notaii particulare pentru mbinri cu eclis


41/383

e1b

p1

e1

p1

p1

e1

e2

a

e2 e2b

z

t

e1b

p1

p1

e1

p1

e1

z

gravity centre

of bolt group

e2bp2

t

a

Figura 4.12: Nota

ii pentru eclis

hp nlimea ecliseitp Grosimea ecliseiAv Aria brutforfecata ecliseiAvnet Aria netforfecata ecliseifyp Limita de curgere a eclisein1 Numr de rnduri orizontalen2 Numr de rnduri verticalee1 Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia longitudinal

(eclis)

e2 Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversal(eclis)

e1b Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia longitudinal(inima grinzii)

e2b Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversal(inima grinzii)

p1 Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direcialongitudinal

p2 Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direciatransversal

I Momentul de inerie al grupului de uruburi

d. Notaii particulare pentru mbinri cu corniere

centrul de greutate

al grupului de uruburi


42/383

e2bb e2b

tC

e2SS

p1Se1S

e1bb

e1bb

p1Se1S

z

e2S e22S

tC

e2bb e2bp2b e1bb

e1bb

e1S

p1S

p1Se1S

e2SS

e2Sp2S

z

e22S

Figura 4.13: Notaii pentru corniere

Pentru grinda rezemat:

dsb Diametrul nominal al urubuluid0sb Diametrul gurii unui urubnb Numr total de uruburin1b Numr de rnduri orizontalen2b Numr de rnduri verticalee1b Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia longitudinal

(cornier)e2b Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversal

(cornier)p1b Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direcia

longitudinalp2b Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direcia

transversale2bb Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversal

(inima grinzii)e1bb Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia longitudinal

(talpa grinzii)z Braul de prghieI Momentul de inerie al grupului de uruburi

Pentru elementele de rezemare:

ds Diametrul nominal al urubului

d0s Diametrul gurii unui urubns Numr total de uruburin1s Numr de rnduri orizontale


43/383

e1s Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia longitudinal(cornier)

e2s Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversal(cornier)

p1s Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direcialongitudinal

p2s Distana dintre centrele dispozitivelor de fixare de pe un rnd, pe direciatransversal

e2ss Distana de la centrul gurii la marginea piesei de prindere pe direcia transversal(element de rezemare)

e22s Distana longitudinaldintre coloana interioarde uruburi i inima grinzii

4.2.8.2 Cerine geometrice

Procedeele de calcul pot fi aplicate doar dacpoziionarea gurilor uruburilor respectregulile despaiere dintre guri sau dintre guri i marginile elementelor, conform EN1993-1-8, 3.5, Tab. 3.3 i Fig. 3.1 (Tabelul 4.3, Figura 4.14).

Tabelul 4.3 Distanele minime i maxime ntre guri i distanele de la centrul gurii pnla marginea pieseipe direcia efortului i perpendicular pe direcia efortului

Maxime 1) 2) 3)

Structuri executate din oeluri conforme EN 10025,cu excepia oeluri conforme EN 10025-5

Structuri executatedin oeluri conformeEN 10025-5Distane conform

Figurii 3.1Minime

Oeluri care suntsupuse condiiiloratmosferice sau altorinfluene corosive

Oeluri care nu suntsupuse condiiiloratmosferice sau altorinfluene corosive

Oel neprotejat

Distana la centrulgurii pnlamarginea piesei pedirecia efortului e1

1,2d0 4t+ 40 mmValoarea maximdintre 8ti 125 mm

Distana la centrulgurii pnlamarginea pieseiperpendicular pedirecia efortului e2

1,2d0 4t+ 40 mmValoarea maximdintre 8ti 125 mm

Distana ntre gurip1

2,2d0Valoarea minimdintre 14ti 200 mm

Valoarea minimdintre14ti 200 mm

Valoarea minimdintre 14tmini175 mm

Distana ntre gurip2

5)2,4d0

Valoarea minimdintre 14ti 200 mm

Valoarea minimdintre14ti 200 mm

Valoarea minimdintre 14tmini175 mm

1)Valorile maxime ale distanelor ntre dispozitivele de fixare, precum i ale distanelor de la dispozitivele de fixarela marginea pieselor pe direcia sau perpendicular pe direcia de transmitere a eforturilor nu se limiteaz, cuexcepia urmtoarelor cazuri:

- la elemente comprimate, pentru a evita voalarea i a preveni coroziunea elementelor expuse i;

- la elementele ntinse pentru a preveni coroziunea2)Rezistena la voalare a plcilor comprimate ntre dispozitivele de prindere se va calcula conform EN 1993-1-1folosind o lungime de flambaj de 0,6pi. Nu este necesarverificarea voalrii ntre dispozitivele de fixare dacp1/teste mai mic dect 9. Distana pnla captul piesei nu va depi cerinele de prevenire a voalrii impuseelementelor comprimate n consol, vezi EN 1993-1-1. Distana pnla marginea piesei nu este afectatdeaceastcerin.3)t este grosimea cea mai mica elementelor exterioare mbinate.

Figura 4.14: Simboluri pentru distane ntre dispozitive de fixare


44/383

4.2.8.3 Moduri de cedare considerate n Eurocode 3

n modelele de calcul (formulele) cu care se opereaz n EUROCODE 3 (SR EN 1993),pentru verificarea elementelor structurale i a mbinrilor, valorile de referin ale rezistenelormaterialului i coeficienii de siguransuntt adecvai modurilor de cedare, dupcum urmeaz:

- pentru cedri cu caracter ductil (Modul 0 din Figura 4.15 b), n general aplicabile calculului

de rezisten, sunt folosite limita de curgere a oelului fy i coeficientul parial de siguran M0(valoarea acestuia este 1,0 conform Anexei Naionale a Eurocode 3). Acest tip de calcul estecaracterizat mai degrabde intrarea n domeniul plastic a materialului, neasociindu-se cu rupereaacestuia;

- pentru cedri prin instabilitate (Modul 1 din Figura 4.15 b), sunt folosite limita de curgere aoelului fy i coeficientul parial de siguran M1 (valoarea acestuia este 1,1 conform AnexeiNaionale a Eurocode 3). Acest tip de calcul este caracterizat de cedarea unei bare prin flambajpotrivit modelului de divergen a echilibrului, care st la baza curbelor de flambaj europene,producndu-se de asemenea prin plasticizarea materialului (formarea articulaiei plastice);

- pentru cedri prin ruperea fragila materialului (Modul 2 din Figura 4.15 b), rezistena dereferinn modelul de calcul este rezistena la rupere a materialului fu, iar coeficientul parial de

siguraneste M2= 1,25.

La verificarea capacitii portante a elementelor structurale se opereazde regulpentruverificarea de rezisten, cu modul 0, pentru verificri de stabilitate cu modul 1, iar pentru cazulverificrii mbinrii acestora, cnd se face verificarea mijloacelor de asamblare, uruburi sausuduri, care se consider ntotdeauna componente fragile, se opereaz cu modul 2. n cazulverificrii n seciunea net, pentru o barcu slbire, solicitat la traciune, cedarea n seciuneaslbitse face prin ruperea materialului, caz n care se opereazde asemenea cu modul 2. Dacverificarea aceleiai bare se face n seciunea brut(frslbire) avem de a face cu o verificare derezisten, conform modului 0.

n calculul tradiional (n.b. conform STAS 10108) verificarea elementelor structurale i ambinrilor se face considernd exclusiv comportarea lor n domeniul elastic. Prin urmare criteriulde cedare care este luat n considerare la verificare este cel din Figura 4.15 a), dei materialul ielementele mbinate prezintde obicei rezerve importante de rezisten.

Moduri de cedare

Cedare fragila

Rd

deformatie

cedare

a)

Cedare ductila

curgere

Rd

deformatie

cedare

b)

n general cedareafragileste exclusnconstruciile metalice prinalegerea materialelor

corespunztoare

Modul 0Deformaii excesivedatorate curgeriimaterialuluiEx: elemente ntinse

0

( )k ydM

R fR

=

Modul 1Cedarea elementului prininstabilitateEx: voalarea elementelormbinate

1

( , )k yd

M

R fR

=

Modul 2Cedarea elementului prinrupere dupcurgereEx: urub n aria net

2

( )k udM

R fR=


45/383

Dei reprezintabordri diferite, pentru siguran, calculul elementelor mbinate trebuie sconinambele aspecte, iar utilizarea rezistenei ultime nu trebuie interpretatca o proiectare lacedare datoriturmtoarelor aspecte:

- formula este afectat de coeficientul parial de siguran M2 care are o valoare relativmare de 1,25;

- rezistena ultimutilizatn calcul este cea minim, materialul deinnd de obicei rezerve

de rezistenpeste cea nominal.

NOT: Referitor la ultima remarc se menioneaz c n situaii particulare se pot observaanomalii tehnice, prin care rezistena unui element n seciunea net poate fi mai mare dectrezistena aceluiai element n seciunea brut. Se exemplific cu cazul unei platbenzi guriterealizate dintr-un oel moale S235 cu fy= 235 N/mm

2, fu= 360 N/mm2, diametrul gurii este de 25mm.

Platbanda este solicitatla ntindere conform Figura 4.16 (Ioan, 2010).

NEdNEd

20

300

2 - 2

4000

300

2

2

=1410kN

Figura 4.16: Platbandguritsupusla ntindere

Aplicnd formulele 6.6 i 6.7 din SR EN 1993-1-1, paragraf 6.23 se obine:

kNN Rdpl 0,14100,1

2356000, =

= ; kNN Rdu 6,1425

25,1

36055009,0, =

=

Capacitatea portantn seciunea neteste mai mare cu 1,1% dect cea din seciunea brut.

Fade aceste rezultate se pot face urmtoarele comentarii:

- condiiile n care fu/fyn cazul oelului considerat este egal cu 1,53, n nici un caz nu se poatepune problema crezistena barei n seciunea net este supraevaluat fade realitateprinfaptul ca fost calculatcu fu;

- modelele de calcul din SR EN1993 sunt aplicabile n condiiile n care fu/fy > 1,10. Spreexemplu, dac n locul oelului S235 s-ar folosiun oel S355 rezultatele precedente semodific dup cum urmeaz

, 2130,0pl RdN kN= i , 2019,6u RdN kN= . n fapt, limita de curgere

minimal care se ia din specificaiile tehnice pentru profilele i tablele din oel reprezintvaloarea minim garantat la oelurile de construcii moi, aceasta fiind n general depitsemnificativ, caz n care anomalia semnalatnu apare n realitate.

- unele norme, pentru a evita apariia fie ea i formal a unei asemenea anomalii care poatecrea unele nenelegeri, reglementeaz ca n cazul n care slbirea n aria net este sub o

anumit limit, ea s nu se ia n considerare, calculul fcndu-se pentru seciunea brut.Astfel norma germanDIN 18800conine anumite corecii la EN 1993-1-1. Slbirile seciunilor

pot fi neglijate dac 21,A/A netbrut pentru S235, respectiv 1,1 pentru S355 (DIN 18800; Cretu,2010);

- exemplul este pentru un oel ductil (S235), cu fu/fy = 1,53. Dac se alege un alt oel, spreexemplu S355, rezistenele elementului vor fi:

,2130,0

pl RdN kN= respectiv

,2019,6

u RdN kN= .

4.2.9 Calculul mbinrilor cu uruburi

4.2.9.1 Introducere

mbinrile structurale au rolul de a asigura transferul, total sau parial, al forelor de legturntre elementele pe care le conecteaz. n acest scop se pot folosi att mbinri sudate ct i cele

li t b i bi il b i t j l li i i t i d


46/383

se folosesc ca mbinri de montaj, pe antier, permit mici adaptri dimensionale, n limitatoleranelor admise. La realizarea unei mbinri cu uruburi se pot utiliza pentru prinderea pieselorde mbinat, pe lng uruburi, elemente adiionale cum ar fi eclise, flane sau plci de capt,corniere de talp, etc. n toate cazurile uruburile au rolul de a fixa mecanic piesele interconectate.

Comportarea unei mbinri cu uruburi este complex, starea de tensiune n piesele care

se mbin, precum i eforturile ce acioneazn uruburi, fiind dependente de rigiditatea uruburilori, respectiv de rigiditile elementelor adiionale care participla transferul forelor de legtur. Dinacest motiv, comportarea acestor mbinri nu poate fi reprezentat n mod exact prin modeleteoretice. Modelele de calcul utilizate pentru calculul mbinrilor cu uruburi au n general uncaracter semi-empiric, la baza lor stnd deopotriv, ncercri experimentale, experiena acumulatn decursul timpului i cunotinele teoretice. Un exemplu pentru o asemenea regulsemi-empiriceste dat n clauza 3.6.1(4) din SR-EN1993-1-8: 2006, care precizeazcrezistena la forfecare auruburilor M12 i M14 trebuie calculat multiplicnd fora capabil la forfecare cu coeficientul0,85.

4.2.9.2 Caracteristicile uruburilor

Caracteristicile mecanice ale uruburilor folosite n mod curent n construcii metalice seprezint n Tabelul 4.4. Toate grupele de uruburi pot fi utilizate pentru realizarea mbinrilorsolicitate preponderent la aciuni statice. Pentru mbinrile care lucreaz n regim de obosealserecomanduruburi din grupele 8.8 i 10.9, ntruct prezintrezistenridicat la oboseali secaracteri

calcul imbinari sr en 1993-1-8 redact ii

Documents