manual imbinari redactare i-a 03.09.2010

8/7/2019 Manual imbinari Redactare I-a 03.09.2010

1/282

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 I

Timioara, august 2010


2/282

- I. 2 -

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 _____________________


3/282

- I. 3 -

CuprinsCUPRINS I.3

CAPITOLUL I PREFA I.5

CAPITOLUL II SCOP I DOMENIU DE APLICAIE 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 DUP RIGIDITATE III.63.2.3 CLASIFICAREA NODURILOR DUP REZISTEN III.73.2.4 CLASIFICAREA NODURILOR DUP REZISTENI 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 ANALIZ PENTRU 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.7

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. TABELE DE PROIECTARE (PROCEDURI DE CALCUL) (ECCS 126, 2009) IV.264.3.1 TABELE DE PROIECTARE PENTRU MBINRI CU PLAC DE CAPT REDUS IV.274.3.2 TABELE DE PROIECTARE PENTRU MBINRI CU ECLIS IV.334.3.3 TABELE DE PROIECTARE PENTRU MBINRI CU CORNIERE IV.414.4. EXEMPLE DE CALCUL IV.424.4.1 MBINRI SIMPLE CU URUBURI IV.424.4.2 MBINRI SUDATE SIMPLE IV.514.4.3 MBINARE CU PLAC DE CAPT REDUS (ECCS 126, 2009) IV.604.4.4 MBINARE PE INIM CU ECLISE (ECCS 126, 2009) IV.68

4.4.5 MBINARE PE INIM CU CORNIERE IV.774.4.6 MBINRI CU BOLURI IV.904.4.7 MBINARE ARTICULAT NTRE STLP I FUNDAIE (CESTRUCO, 2003) IV.94

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 TUBULAR CIRCULAR (CHS) V.85.3.2 MBINRI PENTRU ELEMENTE CU SECIUNE TUBULAR RECTANGULAR (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.205.4.2 TIPURI DE MBINRI CU URUBURI V.22


4/282

- I. 4 -

5.5. EXEMPLE DE CALCUL V.265.5.1 MBINARE SUDAT NTRE DOU PROFILE TUBULARE CIRCULARE V.265.5.2 MBINARE SUDAT NTRE DOU PROFILE TUBULARE RECTANGULARE V.295.5.3 MBINARE SUDAT NTRE 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 PLAC DE CAPT I URUBURI VI.26.1.2 MBINRI SUDATE VI.36.1.3 MBINRI CU CORNIERE VI.56.1.4 MODALITI DE NTRIRE A PANOULUI DE INIM AL STLPULUI VI.56.1.5 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 (6.1.2 DIN SR-EN 1993-1-8) VI.19

6.3. TABELE DE PROIECTARE 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 URUBURI VI.336.4.2 INFLUENA VARIAIEI DIFERITELOR COMPONENTE ALE UNUI NOD GRIND-STLP CUURUBURI I PLAC DE CAPT EXTINS VI.566.4.3 MBINARE SUDAT GRIND-STLP VI.616.4.4 PRINDEREA LA BAZ STLPULUI VI.72

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 DUP DUCTILITATE VII.37.2.2 EVALUAREA CAPACITII DE ROTIRE VII.47.2.3 COMPORTAREA CICLIC A MBINRILOR VII.67.3. SOLUII CONSTRUCTIVE VII.97.3.1 MBINARE CU URUBURI CU PLAC DE CAPT EXTINS RIGIDIZAT VII.107.3.2 MBINARE SUDAT CU RIGIDIZRI ALE TLPILOR GRINZII VII.107.3.3 MBINARE CU TLPILE GRINZII SUDATE DE PLCI DE CONTINUITATE SUDATE DE TALPASTLPULUI I CU ECLIS SUDAT PRINS CU URUBURI DE INIMA GRINZII VII.117.3.4 MBINARE SUDAT CU GRIND CU SECIUNE REDUS (DOG BONE) VII.117.3.5 MBINARE CU URUBURI CU PLAC DE 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 DUP CRITERII DE PERFORMAN VII.23

CAPITOLUL VIII MODELAREA STRUCTURILOR INND SEAMA DE COMPORTAREAMBINRILOR VIII.18.1. INTRODUCERE VIII.28.2. MODELAREA NODURILOR PENTRU ANALIZA STRUCTURAL VIII.4

BIBLIOGRAFIE


5/282

- I. 5 -

CAPITOLUL I

PREFA


6/282

- I. 6 -

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 ar a 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 nc pe 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.

Manualul are o baz documentar care a fost validat la 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:


7/282

- I. 7 -

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 structurilori 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


8/282

- II. 1 -

CAPITOLUL II

SCOP I DOMENIU DE APLICAIE


9/282

- II. 2 -

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 ar a 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 nc pe 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 calcululuii 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 s fie una din problemele cele mai dificile cu care se confrunt inginerulproiectant.

n proiectare se folosesc programe de calcul care implementeaz metodacomponentelor (CoP, SteelCon) fr a 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


10/282

- II. 3 -

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 prezint scheme 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 utilizeaz notiunile 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 supusesolicitarilor din actiuni statice si din actiunea seismica (criterii de clasificare si


11/282

- II. 4 -

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.


12/282

- III. 1 -

CAPITOLUL III

MODELAREA NODURILOR PENTRU ANALIZI CERINE DEPROIECTARE


13/282

- III. 2 -

3.1. GENERALITI I DEFINIII

Pentru cazul general al cadrelor metalice, elementele structurale liniare (grinzi i stlpi)sunt solidarizate prin mbinri. Poziionrile posibile ale mbinrilor sunt prezentate n Figura 1.

1 Configuraieunilateral de nod grind-stlp

2 Configuraie bilateralde nod grind-stlp

3 Configuraie de nod decontinuitate la grind4 Configuraie de nod decontinuitate la stlp5 Nod la baza stlpului

Figura 1: Tipuri de mbinare pentru o structur metalic n cadre (SR-EN 1993-1-8, 2006).

Tipul 1 de mbinare (n T) se ntlnete n cazul mbinrii unei grinzi cu un stlp, continuu

sau nu pe nivelul respectiv. Atunci cnd exist o intersecie ntre dou grinzi i un singur stlp (tipul2), se formeaz un nod cruciform sau de interior, cu dou mbinri, cte una de fiecare parte astlpului. n cazul structurilor cu deschideri mari (mai mari de 12-15 m), se pot ntlni i mbinri detip grind-grind sau de continuitate (tip 3). Tipul 4 de mbinare reprezint o mbinare similar darpentru continuitatea stlpilor. Tipul 5 de mbinare este caracteristic bazei stlpilor i areparticularitatea c reazem pe cuzinetul din beton fundaiei.

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

- mbinarea este reprezentat de componentele fizice care leag grinda i stlpul i esteconcentrat n locaia n care se efectueaz prinderea propriu-zis. Este compus din diversecomponente care formeaz mbinarea i sunt caracteristice acestei tipologii (spre exemplu n cazulunei mbinri cu plac de capt prins cu 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 lucreaz preponderent la forfecare, dar pot exista i efecte locale de ntindere saucompresiune.

Figura 2 ilustreaz global aceast distincie.

NOT: De multe ori n practic, cei doi termeni sunt folosii fr s se fac odifereniere ntre ei. Situaia este ntlnit chiari n unele texte normative.


14/282

- III. 3 -

Figura 2: Definiia nodului i a mbinrii.

Exist dou funciuni principale pe care mbinrile dintre grinzile i stlpii structurali trebuies le ndeplineasc: n primul rnd, ele trebuie s fie capabile s transfere ncrcrile gravitaionalede la grinda structural la stlp, asigurnd o bun funcionalitate structural. n al doilea rnd, eletrebuie s confere rigiditate i un transfer bun al eforturilor ctre stlpi n cazul ncrcrilor lateraleprovenite din seisme. O mbinare trebuie s poat realiza ambele funciuni, pentru nivele credibilede ncrcare i de combinare a ncrcrilor, cum ar fi combinarea efectelor gravitaionale cu celeprovenite din aciunea seismic.

Trei caracteristici principale sunt recunoscute ca fiind eseniale pentru a atingeperformanele cerute n cazul mbinrilor rezistente la moment, i anume rigiditatea (notat cu Sj,inin Eurocode 3), rezistena la momente ncovoietoare (Mj,Rd), i capacitatea de deformare plastic(Fu), sau ductilitatea. Toate aceste caracteristici definesc principial performanele unei mbinri, i

pot fi uor determinate de pe curba caracteristic de rspuns Moment (M) Rotire (F) (vezi Figura

3). n cazul aciunilor seismice, unde momentele din mbinare i pot schimba semnul, acestecaracteristici pot fi diferite pentru momentele pozitive, respectiv negative.

Sj,ini

M

Mmax

Mj,Rd

el u Figura 3: Curba caracteristic de rspuns a unei mbinri rezistente la moment.


15/282

- III. 4 -

Rigiditatea unei mbinri reprezint caracteristica acesteia de a se deforma elastic. Eapoate juca un rol aparte n comportarea structurii i poate influena deformabilitatea acesteia,perioada proprie de vibraie i mecanismul structural de cedare. Rezistena unei mbinri metalicereprezint momentul capabil de calcul (Mj,Rd) pe care l poate dezvolta o mbinare, innd cont detoate componentele acesteia. Capacitatea de rotire cel de-al treilea parametru care poate influenasemnificativ comportamentul structural i reprezint rotirea ultim nregistrat n cazul unei

mbinri. Exist mai multe definiii ale rotirii ultime, cea mai utilizat fiind cea reprezentat derotirea nregistrat n cazul unei scderi maxime a momentului cu 20%, nregistrat pe pantadescendent a curbei caracteristice M-F.

3.2. CLASIFICAREA MBINRILOR 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 mbinri care nu pot preluamomente ncovoietoare. Aa cum a fost demonstrat de testele experimentale efectuate n anii `90,multe din mbinrile proiectate ca total rezistente i rigide s-au dovedit a avea un comportamentparial rezistent i/sau semirigid. Pe de alt parte, nodurile clasificate ca articulate din punct devedere al rezistenei, au dovedit o anumit capacitate de transfer a momentului ncovoietor ntreelementele mbinate.

n general comportamentul la rotire al mbinrilor are un comportament intermediar ntrecele dou cazuri limit: rigid / articulat. Considernd rspunsul M-Fal unei mbinri, putem

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

este rigid i nu exist diferene ntre rotirile de la capetele elementelor mbinate (veziFigura 4a). n acest caz nodul se rotete ca un corp rigid;

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

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

caz nodul este semi-rigid.

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

Figura 4: Tipuri de noduri n funcie de rigiditatea acestora


16/282

- III. 5 -

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 asociaz momentului Mjdin mbinare unei rotiri Fa nodului (rotirea absolut dintre

elementele mbinate). Dac rigiditatea S este zero, nodul devine articulat. Dac rigiditatea esteinfinit, nodul este perfect rigid. Pentru cazurile intermediare devine semi-rigid. Reprezentarea

acestor cazuri este fcut n Figura 5, pentru cazul analizei liniar-elastice.

Mj

Mj

Mj

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

Figura 5: Modelarea nodurilor pentru analiza elastic

NOT: Prin aceast procedur este eliminat conceptul de noduri articulate / noduririgide iar proiectantul este ncurajat s considere beneficiile pe care le poate avea ombinare semi-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 obinut pentru nod, cu rigiditatea lancovoiere a grinzii (vezi paragraful urmtor).

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

trebuie s existe informaii i despre rezistena la ncovoiere mbinrii. n principal conteaz dacaceasta 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 mbinrilor n mod disipativ saunedisipativ (spre exemplu prin cerinele speciale impuse de Eurocode 8). Din acest punct devedere putem avea mbinri 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 mbinrii este mai mare dect cea a grinziimbinate, atunci mbinarea este ncadrat n categoria mbinrilor total rezistente.

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


17/282

- III. 6 -

acestea pot fi neglijate (nodurile cvasi-articulate sau cvasi-rigide). Pentru identificarea diferitelortipuri de noduri, 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 rezisten anodurilor n funcie de tipologia i componentele acestora. Clasificarea dup rigiditate irezisten poate fi fcut doar dup calcularea acestor valori.

3.2.2 Clasificarea nodurilor dup rigiditate

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 limit care 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 alghidului. Clasificarea nodurilor dup rigiditate i valorile limit ale clasificrilor sunt reprezentate nFigura 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%,

kb = 25pentru alte cadre cucondiia ca la fiecare etaj

Kb/Kc 0,1(

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

Kbeste valoarea medie a Ib/Lb pentru toate grinzile de la partea superioar a 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 6: Clasificarea nodurilor dup rigiditateNodurile articulate trebuie s fie capabile s transmit eforturile interne fr o dezvoltare

semnificativ a momentelor ncovoietoare care s afecteze 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 bazat pe noduri continue.

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

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


18/282

- III. 7 -

3.2.3 Clasificarea nodurilor dup rezisten

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

Practic, rezistena unei mbinri metalice reprezint momentul capabil de calcul (Mj,Rd) pecare l poate dezvolta o mbinare, innd cont de toate componentele acesteia. Componentelecaracteristice joac un rol esenial n proiectarea structural, iar o dimensionare deficient anodurilor poate duce la cedri structurale premature.

ncadrarea intr-una din categorii rezult prin compararea simpl a momentului capabil cucel al elementelor mbinate. Conform Eurocode 3 partea 1-8 5.2.3.3, un nod este clasificat ca fiindcu rezisten total dac ndeplinete criteriile din Figura 7.

Pentru nodul superioral stlpului

Mj,Rd

Fie Mj,Rd Mb,pl,Rdsau Mj,Rd Mc,pl,Rd

Pentru nodulintermediar al stlpului Mj,Rd

Fie Mj,Rd Mb,pl,Rdsau Mj,Rd 2Mc,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 7: Clasificarea nodurilor dup rezisten

Practic aceste condiii conduc la plastificarea celui mai slab element mbinat nainteanodului. Momentul capabil al stlpului este dublat n cazul nodului intermediar datorit prezenei adou elemente de stlp n don (ramura superioar respectiv cea inferioar) care doar

plastificndu-se mpreun pot 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 calculrezistent pentru o mbinare de total rezisten. n plus, el trebuie s posede o capacitate de rotiresuficient pentru a prelua rotirile rezultate din efectul aciunilor.

Un nod care nu ndeplinete criteriile pentru un nod de rezisten total dar nici pe cele dearticulaie formal reprezint un nod cu rezisten parial (clauza 5.2.3.4 din Eurocode 3 partea1-8).

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


19/282

- III. 8 -

M j

formal articulate

partial rezistente

total rezistente

Mj,Rd

limitele conditiilor de clasificaredupa rezistenta

momentul capabil calculat alnodului (exemplu)

Figura 8: Condiiile de clasificare n funcie de rezisten

3.2.4 Clasificarea nodurilor dup rezisteni 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 prezint ca 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 dup rezisten b) Clasificare dup rigiditate

Figura 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 sunt rigide, cu meniunea 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 reprezint n mod net unul articulat att din punctul de vedere al rezisten ei ct idin al rigiditii.

Figura 10 prezint tipologia aproximativ a nodurilor care conduc la comportamentele M-din Figura 9:

- mbinarea sudat 1 are de obicei un comportament foarte rigid (rigiditatea panoului de

inim a stlpului este cel care dicteaz n acest caz rigiditatea nodului) i dac exist plcue petlpile grinzilor o rezisten superioar grinzii;- mbinrile de tip 2, cu profile T pe tlpile grinzii reprezint o alternativ bun celor sudate,

cu rigiditi considerabile i de cele mai multe ori sunt total rezistente;


20/282

- III. 9 -

- mbinrile cu plac de capt i uruburi de tip 3 pot avea diferite caracteristici, n funciede jocul parametrilor interni: grosimea plcii de capt, diametrul uruburilor, prezena diferitelortipuri de rigidizri, rezistena componentelor etc.;

- pentru mbinrile de tip 4, cu corniere pe tlpile grinzii, este caracteristic o rigiditaterelativ mic, datorit alunecrii uruburilor n corniere, dei n final ele pot avea un moment capabilmai mare dect cel al grinzii (noduri total-rezistente);

- mbinrile cu plac de capt exact (de tip 5), sunt aproape ntotdeauna de tip semi-rigidi parial rezistent. Datorit faptului c primul urub ntins se gsete sub talpa ntins a grinzii,momentul dezvoltat de acest tip de mbinare nu este mai mare dect cel al grinzii;

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

1 2 3 4 5 6

Figura 10: Exemple de curbe caracteristice pentru noduri* 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 (dup rezisten) i rigide, n practic acest 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 MBINRILOR NCONFORMITATE CU SR EN 1993-1-8

3.3.1 Introducere

Pentru a putea caracteriza mbinrile 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 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 exist posibilitatea ca nodul s cedeze naintea elementelor mbinate. n acest caz estede preferat ca ductilitatea nodului s fie suficient pentru a permite redistribuirea eforturilor

n structur;


21/282

- III. 10 -

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 1 Tipuri de modelare a nodurilor.Rezisten

Rigiditate

Total rezistente Parial rezistente ArticulateRigid Continue Semi-continue *

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

*: Fr semnificaie

Interpretarea care trebui dat acestor trei concepte depinde primordial de tipul de analizcare 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 caracteristic a nodului este rezistena;

n toate celelalte cazuri, maniera n care nodurile sunt modelate depinde att de rezisten ct i de rigiditate.

Posibilitile de modelare a nodurilor sunt ilustrate n Tabelul 2.

Tabelul 2 Modelarea nodurilori tipurile de analiz.Tip de analiz

ModelareAnaliz elastic

Analiz rigid-plastic

Elastic-perfect plastic sauelasto-plastic

Continu Rigide Total rezistente Rigide/Total rezistente

Semi-continu Semi-rigide Parial rezistente Rigide/Parial rezistenteSemi-rigide/Total rezistenteSemi-rigide/Parial rezistente

Simpl Articulate Articulate Articulate

Prin urmare, calculul articulatse bazeaz pe ipoteza c grinzile sunt simplu rezemate iimplic o prindere suficient de flexibil pentru a nu dezvolta momente n noduri. Dac este folositacest concept, nodurile sunt clasificate ca nominal articulate, indiferent de metoda de analizglobal.

Dac este adoptat conceptul continuu, tipurile de noduri folosite depind de metoda deanaliz global. Dac este folosit analiza elastic, mbinarea trebuie clasificat n funcie derigiditate i se vor utiliza mbinri rigide. Dac este folosit o metod plastic, nodurile vor ficlasificate n funcie de rezisteni vor fi folosite mbinri total rezistente. Dac metoda global deanaliz folosit este de tip elastic-plastic, atunci nodurile trebuie clasificate att dup rigiditate cti dup rezisten. Se vor folosi noduri rigide i total rezistente. Acestea trebuie s fie capabile spreia momentul ncovoietor de calcul, fora de forfecare i fora axial, cu meninerea rigiditiiglobale a nodului.

Metoda semi-continu accept faptul c cele mai multe din nodurile reale dezvolt ovaloare intermediar a rigiditii, iar momentul capabil al nodului este limitat. n cazul n care estefolosit analiza elastic, vor fi folosite nodurile semi-rigide. Dac este folosit analiza global de tip

rigid-plastic, nodurile sunt clasificate numai n funcie de rezisten.


22/282

- III. 11 -

3.3.2 Metode de analiz pentru noduri

Analiza elastic

Pentru o analiz global elastic nodurile trebuie clasificate numai n funcie de rigiditateaacestora (vezi Eurocode 3 1993-1-8, 5.2.2). Se consider c ntr-o analiz de tip elastic nu seajunge la plastificarea componentelor mbinrii sau a panoului de inim, prin urmare nodul trebuies aib suficient rezisten pentru a transmite eforturile care acioneaz n 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 ntreag a rigiditii nodului, notat cu Sj,ini (vezi Figura 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) i de aceea, n seciunea 5.1.2. a Eurocode 3 1-8 estepropus folosirea unei valori a rigiditii iniiale amendat cu coeficientul (vezi Figura 11 b).Valoarea coeficientului de modificare a rigiditii a fost determinat pe baz experimentali estedat n Tabelul 3 n func

ie de tipul mbin

rilor.

Figura 11: Rigiditatea la rotire folosit n analiza global elastic (SR-EN 1993-1-8, 2006)

Tabelul 3 Coeficientul de modificare a rigiditii.

Tip de mbinare Noduri grind-stlpAlte tipuri de noduri

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

Sudat 2 3Plac de capt cu uruburi 2 3Corniere pe tlpi i uruburi 2 3,5Plac de baz - 3

Analiza rigid-plastic

n acest caz, clauza 5.2.3. a Eurocode 3-1-8 prevede ca nodurile s fie clasificate numaidup rezisten. Prin urmare rigiditatea nodurilor este considerat infinit iar singura caracteristicimportant este rezistena la momente ncovoietoare Mj,Rd:

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

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

n plus fa de aceste prevederi, trebuie verificat ductilitatea la rotire a nodului, rotireaacestuia trebuind s fie suficient pentru a putea prelua rotirile rezultate din analiza structural.


23/282

- III. 12 -

Pentru aceasta, nodurile care mbin profile de tip I sau H trebuie verificare la cerin ele 6.4 dinEurocode 3-1-8.

Analiza elastic-plastic

Analiza elastic-plastic implic clasificarea comportrii nodului att dup rigiditate (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 secalculeaz conform seciunii 6.2, rigiditatea este calculat conform 6.3, iar indicii despre valoareaultim a rotirii nodului este dat n 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 folosit curba complet de rspuns caracteristic a nodului. Ca simplificare, sepoate adopta o curb

de r

spuns moment-rotire biliniar

, de genul celei prezentate n Figura 12.

Coeficientul de modificare a rigiditii rmne identic cu cel folosit pentru analiza elastic.

Figura 12: Curba caracteristic biliniar de modelare a caracteristicilor nodurilor

Analiza global a grinzilor cu zbrele

Prevederile seciunii 5.1.5 ale Eurocode 3 1-8 referitoare la analiza global a grinzilor cuzbrele sunt valide numai dac nodurile structurale verific prevederile seciunii 7.

n cazul grinzilor cu zbrele, se consider faptul c nodurile de prindere ale elementelorsunt articulate iar distribuia forelor axiale din grinzile cu zbrele este fcut n aceast ipotez.Problema principal care 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 major n acest caz este de a identifica dac momentele secundare au efect majorasupra eforturilor rezultate din analiza structural sau pot fi ignorate n analiz.

n cazul n care exist excentriciti care introduc momente secundare n noduri, acesteapot fi neglijate att pentru calculul nodurilor ct i pentru cel al elementelor dac sunt satisfcuteurmtoarele dou condiii:

- geometria nodurilor este n limitele de aplicabilitate (specificate n tabelele 7.1, 7.8, 7.9 sau

7.20 ale Eurocode 3 1-8;- raportul dintre lungimea teoretici grosimea elementului n planul zbrelelor nu este maimic dect valoarea minim corespunztoare (pentru structurile cldirilor, valoarea minim


24/282

- III. 13 -

corespunztoare 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 ncrcriletransversale aplicate pe barele tlpii nu este necesar s fie 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 nconcordan cu EN 1993-1-8, 5.3

Atunci cnd se proiecteaz un nod grind-stlp, diferenierea dintre deformaia mbinrii icea a panoului de inim al stlpului conduce la evaluarea teoretic a ambelor deformaii. npractic acest lucru este posibil numai prin utilizarea unor programe de analiz sofisticate care sfie capabile s modeleze n mod diferit ambele surse de deformabilitate.

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

Ca alternativ simplificat, un nod de faad poate fi modelat ca o mbinare unic, n timpce un 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 13).

1 32

Nod de faad Nod intern

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

Figura 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 reproduc corect comportarea sa real, panoulde inim solicitat 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 14 prezint valorile eforturilor interne care acioneaz la marginea panoului i foreletietoare echivalente rezultate din acestea, care se calculeaz cu formula urmtoare:

1, 2, 1, 2,

,2

b Ed b Ed c Ed c Ed

wp Ed

M M V V V

z

= ( 1 )

unde z este braul de prghie al panoului de inim.


25/282

- III. 14 -

a) Valorile eforturilor la marginea panoului de inim b) Forele tietoare echivalente pe panouFigura 14: Eforturi interne care acioneaz pe 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

calculeaz conform 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 mbinrilori forfecarea panoului de inim al stlpului. Din contr,pentru o modelare simplificat ambele deformaii trebuie concentrate ntr-un singur resort,poziionat la intersecia axelor elementelor mbinate.

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

(definit n Figura 15 - a) consider forfecarea panoului de inim al stlpului prin intermediul forelorde compresiune i de ntindere localizate n tlpile elementelor mbinate.

Curba general caracteristic Mj-Fa resortului (care reprezint comportamentul nodului)

este prezentat n Figura 15 c. Aceasta este obinut prin 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 15: Caracteristicile modelului tip resort la ncovoiere (CIDECT, 2009).


26/282

- III. 15 -

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 unilateral de nod b) configuraie bilateral de nodFigura 16: Definirea parametrului de transformareb(CIDECT, 2009).

Nodurile interne implic existena a dou grinzi i n consecin a dou mbinri, denumitegeneric stnga respectiv dreapta. Derivarea curbelor de deformabilitate corespondente esteefectuat ntr-o manier similar cu derivarea curbei caracteristice pentru mbinarea de faad, darn cazul de fa sunt folosii doi parametri de transformare b1 respectiv b2, cte unul pentru fiecare

mbinare (Figura 16 b).

NOT: Soluiile structurale americane se bazeaz pe grinzi cu nlime nalti stlpicompaci, cu tlpi groase i seciune mic. Grinzile nalte au un efect benefic asupraforfecrii panoului de inim al stlpului datorit faptului c forele induse de tlpile grinzilorsunt mai mici n cazul grinzilor mai nalte. Prin urmare, pentru nodurile rigide i totalrezistente este de preferat s se aleag soluia cu grinzi nalte sau vute n zona de mbinare.

Datorit faptului c valorile parametrilorbpot fi determinate doar dup ce sunt cunoscute

eforturile interne, determinarea corect a acestora nu poate fi fcut dect printr-un proces iterativcu eforturile interne rezultate din analiza global. n aplicaiile practice, n care un asemeneaproces iterativ nu este acceptabil, sunt stabilite valori conservative ale parametrului b. Aceste

valori trebuie folosite pentru modelarea nodurilori pe baza acestei modelri, poate fi efectuatanaliza global n domeniul de siguran n 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 4 aici).

Tabelul 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


27/282

- III. 16 -

*) n acest caz valoarea lui este valoarea exacti nu reprezint o aproximaie

Valorile parametrilorbvariaz de la 0 pentru momente egale pe grinzi care rotesc nodul n sensuri

diferite (care anuleaz practic efectul de forfecare al panoului vezi Figura 17- a) la b= 2, n cazul

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

MbMb

b= 0

MbMb

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

Figura 17: Cazuri extreme ale parametrului de transformareb.

Eurocode 3-1-8 ofer de asemenea posibilitatea gsirii unor valori mai exacte pentru parametri de

transformare b1 i b2, pe baza valorilor momentelor grinzilor Mj,b1,Ed i Mj,b2,Ed de la intersecialiniilor 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


28/282

- IV. 1 -

CAPITOLUL IV

MBINRI SIMPLE


29/282

- IV. 2 -

4.1. INTRODUCERE

Soluiile constructive alese pentru mbinri si proiectarea acestora depinde, in bunamsura, de opiunea inginerului proiectant de metodologia pe care acesta intenioneaz sa oaplice la proiectarea structurii. In Eurocode 3 (EN 1993-18:2006) se accepta trei modele pentruconsiderarea comportrii, ct mai aproape de realitate, in analiza globala a structurilor. Potrivitacestor modele mbinrile pot fi simple, semi-continue sau continue. Calificarea mbinrilor ntr-unul din aceste modele se poate face prin calcul i/sau prin ncercri experimentale. Metodele deanaliza structurala premise de norma, in domeniul elastic sau plastic, de ordinal I sau II pot opera,in funcie de situaia specifica , cu oricare din cele trei modele.

In cadrul acestui capitol se vor trata mbinrile modelate ca fiind simple. O mbinare simplapoate transfera numai forte, avnd o capacitate neglijabila pentru transferul momentelor

ncovoietoare; altfel spus, o asemenea mbinare nu are rigiditate la rotire. In conformitate cuaceasta definiie, intr-o structura in care elementele structurale sunt conectate intre ele prinmbinri simple, grinzile vor fi simplu rezemate, iar stlpii se considera solicita i numai la forteaxiale, eventual si la mici momente ncovoietoare datorita excentricitii mbinrilor cu grinzile. Inrealitate, insa, si mbinrile considerare simple poseda o oarecare rigiditate la rotire , cea ce inpractica face posibila montarea structurilor fr a se lua, in general, masuri de contravntuiretemporara.

mbinrile simple trebuie s permit rotirea capetelor grinzilor atunci cnd acestea suntconsiderate simplu rezemate. Libertatea de rotire nu trebuie insa sa afecteze capacitatea depreluare si transmitere a forelor tietoare si, respective, forelor axiale. Teoretic, o grind cunlimea seciunii de 475 mm, avnd o deschidere de 6 m, se rotete la capete cu o.o22 radiani

(1.260) sub aciunea forei uniform distribuite capabile. In realitate , insa, unghiul de rotire este maimic deoarece soluia constructive pentru rezemri, chiar simpla, limiteaz capacitatea de rotire. Incazul mbinrii grinda-stlp, se recomanda evitarea rezemrii forate a tlpii inferioare a grinzii petalpa stlpului, 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, exist deja reglementri de calcul pentru noduristructurale simple. Din pcate, aceste recomandri nu acoper toate tipurile de cedare i dauuneori 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 favorizeazdiferite moduri de cedare, aa c o comparaie ntre ele este destul de dificil.


30/282

- IV. 3 -

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 plac de 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.

Se ateapt ca n civa ani, recomandrile de calcul prezentate n acest capitol vor nlocui,

n fiecare ar, recomandrile i documentele normative naionale.

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 de

poduri).

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 posibil extindere 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 oboseal este 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 cedeaz un stlp de rezemare (Figura 4.1).

Figura 4.1: Fore axiale (ECCS 126, 2009)

4.2.4 Mrci de oelAcest capitol se aplic mrcilor de oel S 235, S 275, S 355, S 420 i S 460.


31/282

- IV. 4 -

4.2.5 Configuraii de nod posibile (ECCS 126, 2009)

Toate configuraiile de nod posibile, sunt dup cum urmeaz (vezi EN 1993-1-8, paragraph1.3, Fig. 1.2):

Configuraie de nod grind-stlp (Figura 4.2):

a) Configuraie unilateral de nod

Dup axa principal Dup axa secundar

b) Configuraie bilateral de nod

Dup axa principal Dup axa secundar

Figura 4.2: Configuraie de nod grind-stlp

Configuraie de nod grind-grind (

Figura 4.3):

a) Configuraie unilateral de nod

Grind fr crestturrezemat pe inima grinzii

Grind cu o crestturrezemat pe inima grinzii

Grind cu dou crestturirezemat pe inima grinzii

b) Configuraie bilateral de nod


32/282

- IV. 5 -

Grind fr crestturrezemat pe inima grinzii

Grind cu o crestturrezemat pe inima grinzii

Grind cu dou crestturirezemat pe inima grinzii

Figura 4.3: Configuraie de nod grind-grind

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 nod de continuitate la stlp (Figura 4.5):

Figura 4.5: Configuraie de nod de continuitate la stlp

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

Figura 4.6: Configuraie de nod cu zbrea (contravntuire)


33/282

- IV. 6 -

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

Exist dou categorii de uruburi: uruburi normale i de nalt rezisten. Cea de-a douacategorie poate fi utilizat pentru uruburi pretensionate care sunt caracterizate de o rezisten detip 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,A este aria nominal (brut) a urubului,As este aria net a urubului.

Tabelul 4.2 Valori nominale pentru limita de curgere fybi rezistena la rupere fub a uruburilor

Clasa urubului 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9fyb (N/mm

2) 240 300 480 640 900fub (N/mm

2) 400 500 600 800 1000

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

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

mbinarestlp-beton

mbinarebeton-teren


34/282

- IV. 7 -

4.2.7 Tipuri de mbinri

Trei tipuri de mbinri grind-stlp sau grind-grind sunt utilizate n prezent pentrucategoria mbinrilor simple. Acestea sunt:

4.2.7.1 mbinri cu plac de capt redus (flexibil)

Soluia de principiu pentru o mbinare cu plac de 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 fabric sau atelier, prin sudare cu cordoane de sudur de col de captul grinzii;mbinarea de montaj, pe antier, se realizeaz cu una sau dou rnduri verticale duble deuruburi. nlimea sa nu depete nlimea grinzii. Este o soluie ieftin, simplu de executat lafabricaie, dar ridic dificulti la montaj datorit toleranelor mici dintre gabaritul grinzii i distanadintre stlpi. Dac aceste tolerane sunt mari este obligatorie introducerea unor plci de adauspentru compensare. Dei se practic utilizarea unor plci de capt extinse pe ntreaga nlime agrinzii, nu este ins necesar ca placa s fie sudat de tlpile grinzii.

Exist ns situaii n care soluia cu plac extins pe ntreaga nlime a grinzii i sudat detlpile 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 conteaz peflexibilitatea plcii de capt, care trebuie s fie ct mai subire, precum i pe mrirea la maximum adistanei dintre uruburi. Spre exemplu, o plac de 8 mm i uruburi situate la o distan interax de90 mm asigur capacitatea de rotire necesar pentru o grind cu nlimea de 450 mm; pentrugrinda de 533 mm nlime, va fi necesar o plac de 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 s dispun de suprarezistena necesar.

Criteriile de proiectare pentru aceste tipuri de mbinri sunt urmtoarele:

1. Capacitatea portant la 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 s fie 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 portant la forfecare a inimii grinzii trebuie s fie mai mare dect reaciunea dela captul grinzii.

4. Rezistena cordoanelor de sudur care prind placa de inima grinzii

Capacitatea portant a acestor cordoane de sudur trebuie s fie mai mare dectreaciunea de la captul grinzii.

5. Rezistena la forfecare i compresiune local a inimii stlpului

Rezistena la forfecare local a 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 din


35/282

- IV. 8 -

suma reaciunilor grinzilor, dintr-o parte i alta a stlpului, mprit la numrul rndurilor deuruburi cu care se realizeaz prinderea.

6. Condiii pentru asigurarea integritii structurale

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

Supporting

element

Supported beam

Plate

Filletweld

Single-vertical

row bolt group

Double-vertical

row bolt group

Figura 4.8: mbinare cu plac de capt redus (flexibil)

4.2.7.2mbinri cu plac (eclis) de inim

Aceast soluie constructiv, aplicat n Australia i SUA s-a introdus mai recent n practica

european. 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, sudat pe 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 larg existentntre 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 execut n 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. Exist dou

modele 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 datorit excentricitii dintre cele doua axe, dup care poate fi considerat aciunea 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 c dac se folosesc eclise lungi acestea au tendina deinstabilitate prin rsucire i ncovoiere n afara planului. Sursele flexibilitii la rotire a mbinrii suntdeformarea din forfecare a uruburilori gurilor, respectiv ncovoierea lateral a eclisei.

Criteriile de proiectare pentru aceste tipuri de mbinri sunt urmtoarele:

1. Capacitatea portant a uruburilor

Element derezemare

Grind rezemat

Placdecapt

Sudurde col

Rnd verticalsimplu de uruburi

Rnd verticaldublu de uruburi


36/282

- IV. 9 -

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

2. Rezistena guseului la rupere n seciunea net

Capacitatea portant la forfecare a guseului trebuie s fie 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 verific capacitatea portant la forfecare a grinzii n seciunea net, care trebuie s fiemai mic dect reaciunea de la captul grinzii. Pentru gusee lungi se verifici capacitatea depreluare a momentului ncovoietor produs datorit excentricitii.

4. Rezistena cordoanelor de sudur

Cordoanele de sudur cu 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 local a inimii stlpului trebuie s fie mai mare dect jumtate dinvaloarea sumei dintre reaciunile grinzilor, dintr-o parte i cealalt a 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 verific la ntinderea introdus de tirant (atunci cnd ecazul).

Supported beam

Fillet

weld

Fin plate

Supporting

element

Single-verticalrow bolt group

Double-verticalrow bolt group

Figura 4.9: mbinare cu plac (eclis) de inim

Element derezemare

Grind rezemat

Eclis

Rnd verticalsimplu de uruburi


Sudur de col


37/282

- IV. 10 -

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 unor

eclise i trei rnduri verticale simple sau duble de uruburi (dou pe elementul de rezemare i unulpe elementul rezemat). Aceasta soluie constructiv are avantajul c, atunci cnd exist toleranede 2 mm ntre diametrul uruburilori al gurilor, montajul structurii poate fi realizat cu uurin. Deregul, se folosesc cte dou corniere, 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 realizeaz transferulforei tietoare in mbinare, se consider coninut n 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 fixeaz cornierele de talpa stlpului, n schimb, se verific numai la fora tietoare.n practic, dimensiunile cornierelor se aleg n aa fel nct acestea s nu constituie componenta

critic a mbinrii; de aceea, criteriul de dimensionare este dat de capacitatea portant la presiunepe gaur a inimii grinzii se presupune c uruburile se aleg astfel nct forfecarea tijei s fieevitat ntotdeauna, acest tip de cedare fiind neductil. n consecin, capacitatea de rotire a acesteimbinri este guvernat, n cea mai mare parte, de deformabilitatea cornierelori, 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 s se decupeze tlpile grinzii pentru a permite montajul; aceast operaie ns nuafecteaz semnificativ, rezistena grinzii la tiere. La montajul grinzilor, cornierele pot fi dejaasamblate cu acestea.

Web cleatWeb

cleat

Supported beam

Supporting

element

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

Grind rezemat

Cornier de inim

Rnd vertical simplude uruburi

Rnd vertical dublude uruburi


Rnd verticalsimplu deuruburi

mpreun cusausau

Cornier deinim


38/282

- IV. 11 -

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 nominal brut a urubuluiAs Aria net a urubuluid Diametrul nominal al urubuluid0 Diametrul gurii pentru un urubfu,b Rezistena ultim a 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 brut forfecat a grinzi rezemateAb,v,net Aria net forfecat a grinzii rezemate

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

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

Coeficieni de siguran:

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

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

ncrcare:

VSd For tietoare aplicat pe nod

Rezisten:

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

b. Notaii particulare pentru mbinri cu plac de capt redus


39/282

- IV. 12 -

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 brut forfecat a plcii de captAvnet Aria net forfecat a 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 piciorul sudurii care leag placa de capt de

inima grinzii (dup EN 1993-1-8)

c. Notaii particulare pentru mbinri cu eclis


40/282

- IV. 13 -

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 brut forfecat a ecliseiAvnet Aria net forfecat a 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


41/282

- IV. 14 -

e2bb e2b

tC

e2SS

p1Se1S

e1bb

e1bb

p1Se1S

z

e2S e22S

tC

e2bb e2bp2b e1bb

e1bb

e1S

p1S

p1Se1S

e2SS

e2S p2S

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 orizontalen2s Numr de rnduri verticale


42/282

- IV. 15 -

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 longitudinal dintre coloana interioar de uruburi i inima grinzii

4.2.8.2Cerine geometrice

Procedeele de calcul pot fi aplicate doar dac poziionarea guriloruruburilor respect regulile 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 pn la 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 pn lamarginea piesei pedirecia efortului e1

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

Distana la centrulgurii pn lamarginea pieseiperpendicular pedirecia efortului e2

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

Distana ntre gurip1

2,2d0Valoarea minimdintre 14ti 200 mm

Valoarea minim dintre14ti 200 mm

Valoarea minimdintre 14tmini175 mm

Distana ntre gurip2

5)2,4d0

Valoarea minimdintre 14ti 200 mm

Valoarea minim dintre14ti 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 necesar verificarea voalrii ntre dispozitivele de fixare dacp1/teste mai mic dect 9. Distana pn la captul piesei nu va depi cerinele de prevenire a voalrii impuseelementelor comprimate n consol, vezi EN 1993-1-1. Distana pn la marginea piesei nu este afectat deaceast cerin.3)t este grosimea cea mai mic a elementelor exterioare mbinate.

Figura 4.14: Simboluri pentru distane ntre dispozitive de fixare


43/282

- IV. 16 -

4.2.9 Calculul mbinrilor cu uruburi

4.2.9.1 Introducere

mbinrile structurale au rolul de a sigura 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

realizate cu uruburi. mbinrile cu uruburi au avantajul c se realizeaz mai uor, iar atunci cndse 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 carese mbin, precum i eforturile ce acioneaz n uruburi, fiind dependente de rigiditatea uruburilori, respectiv de rigiditile elementelor adiionale care particip la 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 un

caracter semi-empiric, la baza lor stnd deopotriv, ncercri experimentale, experiena acumulatn decursul timpului i cunotinele teoretice. Un exemplu pentru o asemenea regul semi-empiriceste dat n clauza 3.6.1(4) din SR-EN1993-1-8: 2006, care precizeaz c rezistena 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 oboseal serecomanduruburi din grupele 8.8 i 10.9, ntruct prezint rezisten ridicat la oboseali secaracterizeaz printr-o deformabilitate redus.

Tabelul 4.4. Caracteristicile mecanice ale uruburilorGrupurub 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9

fyb, MPa 240 300 480 640 900fub, MPa 400 500 600 800 1000

materialul de bazoeluri carbon,

recoapteoeluri carbon slab aliate,

clit i revenite

Cea mai slab seciune a unui urub este poriunea filetat. Rezistena unui urub este deobicei calculat folosind seciunea care lucreaz la ntindere (se mai numete seciune activ),definit ca medie ntre diametrul mediu msurat la fundul filetului, dni diametrul mediu dm , aacum se arat n Figura 4.15.

(1)2

ddd mnres+=

Mrimea uruburilor se definete n funcie de diametrul lor nominal d , lungimea total atijei i lungimea filetului.


44/282

- IV. 17 -

Thread

ddd dn res m

Figura 4.15: Seciunea transversal a urubului i seciunea activ [Ballio, Mazzolani, 1983]

4.2.9.3 Comportarea uruburilor n mbinare

Capacitatea portant a mbinrilor cu uruburi se determin considernd o distribuiesimplificat a tensiunilor n zona mbinrii, stabilit pe baza observaiilor experimentale. n funciede modul n care se transfer forele de legtur ntre piesele mbinate, se disting urmtoareletipuri de mbinri cu uruburi (Figura 4.16):

1) mbinri care lucreaz la forfecare, la care deplasarea relativ a pieselor mbinateeste mpiedecat de tija urubului;

2) mbinri cu uruburi de nalt rezisten pretensionate, care lucreaz prin frecare;

piesele care se mbin sunt strnse ntre ele ca urmare a forei de ntindere introdus n urubprintr-o strngere controlat. Transferul forelor de legtur se realizeaz prin efectul de frecare ceia natere ntre feele pieselor n contact;

3) mbinri la care uruburile lucreaz la ntindere n tij.

3)2)1)

Bearing

Bearing

BearingShear

Shear

Friction

TensionFriction

Punching Punching

Figura 4.16: Modul de lucru al mbinrilor cu uruburi [Trahair et al, 2001]

n practic exist situaii n care uruburile sunt solicitate la aciunea combinat a forelorde forfecare i ntindere n tij.

4.2.9.4 uruburi solicitate la forfecare

uruburile solicitate predominant n regim static sunt cu strngere normal (la cheie).Strngerea pieselor n mbinare este suficient pentru a produce o for mic de frecare ntre feelen contact, astfel nct s se asigure capacitatea necesar pentru transferul unor fore deintensitate reduse, fr lunecri n mbinare. Creterea intensitii forelor care solicit mbinareaconduce la depirea forelor de frecare i va antrena lunecarea pieselor pn la limita toleraneidintre tija urubului i gaur. Odat consumat lunecarea pieselor, dac fora continu s creasc,mbinarea va lucra n domeniul elastic, pn n momentul n care se iniiaz deformaii plastice, fien tija urubului, fie n peretele gurii, n zona de contact dintre acestea. Este posibil ca deformaiileplastice s se iniieze simultan n tij i n peretele gurii. Sunt posibile urmtoarele moduri de

cedare ale mbinrii: Forfecarea tijei urubului Cedare prin presiune pe gaur (plasticizare local asociat cu ovalizarea gurii)


45/282

- IV. 18 -

Ruperea piesei n seciunea net

NOT: - Modul de calcul al forei capabile la presiune pe gaur a urubului esteinfluenat n primul rnd de cerina de limitare a deformaiei gurii piesei mbinate(ovalizare) i mai puin de condiia de evitare a cedrii mbinrii.

- n cazul rezistenei la presiune pe gaur dispuse n guri ovalizate,perpendicular pe direcia solicitrii, se aplic o reducere de 40% fa de cazul gurilorrotunde cu o toleran normal fa de diametrul urubului.

Pentru uruburi pretensionate fora de pretensionare de calcul, Fp,Cd, folosit n calcule, sedetermin conform:

(2)

Pentru mbinrile cu un singur plan de forfecare i un singur rnd de uruburi, uruburilesunt prevzute cu aibe att sub piuli, ct i sub capul urubului. Fora capabil la presiune pegaur pentru fiecare urub este limitat la:

(3)

Alte valori de calcul ale rezistenei la forfecare n tiji presiune pe gaur sunt date n SR-EN1993-1-8: 2006, Tabelul 3.4, respectiv n Clauza 3.10.2 pentru ruperea piesei n seciunea neti reluate n tabelele de proiectare ale prezentului ghid. Pentru determinarea capacitii portante larupere n seciunea net a piesei se pot lua n considerare dou mecanisme de cedare combinndefectul de presiune pe gaur cu efectul de ntindere n pies, diferenierea fcndu-se n funcie deefectul dominant. Modul de cedare depinde de dimensiunile mbinrii i de raportul rezistenelordintre materialul uruburilori cel al pieselor conectate.

NOT: n general pentru o mbinare sunt folosite mai multe uruburi (grupuri deuruburi) care preiau eforturile de forfecare. Fora capabil a grupurilor de uruburi poate fi

determinati ca suma forelor capabile la presiune pe gaurFb,Rd a uruburilor de fixareindividuale, dac fora capabil la forfecare Fv,Rd a unui urub individual este mai mare sauegal cu fora capabil la presiune pe gaurFv,Rd. n caz contrar, fora capabil a unui grupde uruburi trebuie luat egal cu numrul de uruburi nmulit cu cea mai mic forcapabil a uruburilor din grup.

n cazul mbinrilor lungila care distana Lj dintre centrele uruburilor de capt, msuratpe direcia de transmitere a forei (vezi Figura 4.17), este mai mare de 15d, fora capabil laforfecare Fv,Rd a tuturor dispozitivelor de fixare se reduce prin multiplicare cu un factor de reducereLf, determinat prin:

(4) (Lf 1,0iLf 0,75)

Figura 4.17: mbinri lungi [SR-EN 1993-1-8]


46/282

- IV. 19 -

4.2.9.5 mbinri cu uruburi de nalt rezisten pretensionate

n cazul unor ncrcri alternante, uruburile de nalt rezisten trebuie strnse la cel puin70% din rezistena lor la rupere. Conform acestei metode, fora de legtur ntre piesele mbinatese transfer prin frecarea dintre feele n contact ale acestora. Clauza 3.4.1

manual imbinari redactare i-a 03.09.2010

Documents