Tecnica delle costruzioni - esercitazione 9 - unioni parte 2

STRUTTURE IN ACCIAIO:
SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2
ESEMPI:
GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)
GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE
GIUNTI TRAVE – COLONNA
UNIONE COLONNA – COLONNA
UNIONE COLONNA FONDAZIONE
UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO
Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio
franco.bontempi@uniroma1.it, stefania.arangio@uniroma1.it
Sapienza Università di Roma
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
A.A. 2015 – 2016
ESERCITAZIONE UNIONI – PARTE 2
http://www.slideshare.net/franco_bontempi_org_didattica/
26 Maggio 2016

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Prof. F. Bontempi – Ing. S. Arangio
UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Outline

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
PROGETTO E VERIFICA: ESEMPI SVOLTI
Un esempio di calcolo svolto per ogni tipologia di unione si può trovare nel
materiale online del libro di testo della Carocci.
Il materiale è richiamato nel testo con dei simboli raffiguranti un computer posti
al lato della pagina
N.B. Gli esempi sono svolti con il DM 2005. Utilizzando le NTC 2008 le
procedure non cambiano. Cambiano solo coefficienti di sicurezza e resistenze
di progetto

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Outline

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’
GIUNTO SALDATO
Ripristina completamente la
resistenza flessionale e tagliante
Giunto trave principale – trave secondaria
con moncherini saldati e bullonatura
Porta taglio e momento flettente
spessori d'aggiustaggio
GIUNTO BULLONATO CON COPRIGIUNTO GIUNTO FLANGIATO GIUNTO BULLONATO

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A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’ (1/5)
GIUNTO SALDATO
Ripristina completamente la
resistenza flessionale e tagliante

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A.A. 2015 - 2016
Giunto trave principale – trave secondaria con
moncherini saldati e bullonatura
Porta taglio e momento flettente

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spessori d'aggiustaggio
GIUNTO BULLONATI CON COPRIGIUNTO
Le squadrette sull’anima trasmettono il taglio
Il coprigiunto trasmette il momento flettente

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A.A. 2015 - 2016
GIUNTO FLANGIATO
Trasmette l’azione tagliante e un momento flettente che
dipende dal dimensionamento di flangia e bulloni

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A.A. 2015 - 2016
GIUNTI DI ESTREMITA’: UNIONE TRAVE PRINCIPALE –SECONDARIA (5/5)
GIUNTO BULLONATO
Trave principale – trave secondaria
ASSE TRAVE SECONDARIA
SQUADRETTE "L......"
V
ASSE TRAVE PRINCIPALE
squadrette realizzate con angolari ad L
Trave principale
Trave secondaria

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A.A. 2015 - 2016
UNIONE BULLONATA TRAVE PRINCIPALE – TRAVE SECONDARIA: ESEMPIO
5
1 4
NODO
2
3
3
TRAVE SECONDARIA
6
Rts,3 = 19,25 KN = V
Elementi da collegare:
Trave principale- trave secondaria
Vincolo che si vuole schematizzare:
schema statico di trave appoggiata cerniera
Elementi che costituiscono l’unione:
Travi:
trave principale: IPE500 S235
trave secondaria: IPE240 S235
Bulloni classe 8.8
Squadrette

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A.A. 2015 - 2016
SOLLECITAZIONI AGENTI SUI BULLONI
Sulle sezioni resistenti dei bulloni agiscono uno sforzo di taglio T causato dai carichi presenti e un
momento M indotto dal fatto che la risultante T non passa per l’asse baricentrico dei bulloni.
Ai fini della verifica e del dimensionamento vengono considerate le sezioni A-A’ e B-B’
Ipotesi:
1) Il taglio si ripartisce in parti uguali sui bulloni
2) Il momento si ripartisce sui bulloni sotto forma di una coppia di forze H
A'f
V x f
VV
p
A
ALLINEAMENTOBULLONI
ASSETRAVEPRINCIPALE
ALLINEAMENTOBULLONI
h h
V/2
(V/2) x h
V
ALLINEAMENTOBULLONI
ASSETRAVESECONDARIA
B'
(V/2) x h
V/2
p
B
=
M H
HA
A’
R
a
p
R
a
aa
B
B’

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A'f
V x f
VV
p
A
ALLINEAMENTOBULLONI
ASSETRAVEPRINCIPALE
b
b
n
V
V 
p
fV
H


22
b p
fV
n
V
R 




 







Reazione verticale:
Reazione orizzontale:
Risultante:
SEZIONE A-A’
R
a
p
R
a
aa

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A.A. 2015 - 2016
b
b
n2
V
V


p2
hV
H



22
b
1
p2
hV
n2
V
R 















ALLINEAMENTOBULLONI
h h
V/2
(V/2) x h
V
ALLINEAMENTOBULLONI
ASSETRAVESECONDARIA
B'
(V/2) x h
V/2
p
B
Reazione verticale:
Reazione orizzontale:
Risultante:
SEZIONE B-B’

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A.A. 2015 - 2016
PROGETTO E VERIFICA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO
Per la sezione della trave secondaria indebolita dall’intaglio:
•Verifica di resistenza
1. Scelta del tipo di bulloni, del numero e dell’allineamento;
2. Calcolo della risultante approssimata su ciascun bullone;
3. Dimensionamento dei bulloni (Anom necessaria, diametro Φ)
4. Dimensionamento della squadretta usando le indicazioni
delle NTC 2008
(per evitare la verifica a strappo della lamiera):
spessore;
interasse e distanze;
2
2
b
V
n
V
R 






VRd
nom
f
R
A 
R
a
p
R
a
aa

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A.A. 2015 - 2016
Per ogni sezione (sez. AA’ e sez. BB’):
5. Calcolo della risultante esatta su ciascun bullone:
(sez. A-A’); (sez. B-B’) ;
6. Verifica a recisione del gambo del bullone:
7. Verifica a rifollamento dell’anima della trave o della squadretta:
22
b p
fV
n
V
R 




 







22
b
1
p2
hV
n2
V
R 















VRd
b
f
A
R

2M
tk
rif
fk
ds
R








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yd
22
id f3  
xx
15
15
35
35
50 120
xx
15
15
35
35
50 120
sez. BB’
sez. AA’
p
A
A'
e1
11
240
300
26
19
390mm
9,8
240
50
6,2
15
15
195
120
45
8. Verifica di resistenza della squadretta (taglio + trazione)
Per la sezione della trave secondaria indebolita dall’intaglio:
9. Verifica di resistenza della sezione indebolita

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A.A. 2015 - 2016
Outline

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A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI
GIUNTO SALDATO
Giunto a completo ripristino GIUNTO SALDATO in testa e
BULLONATO sull’anima
GIUNTO BULLONATO
a completo ripristino
GIUNTO BULLONATO
In grado di trasferire solo azioni taglianti
GIUNTO FLANGIATO

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A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (1/5)
GIUNTO SALDATO
Giunto a completo ripristino
Trasmette momento flettente e taglio

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A.A. 2015 - 2016
GIUNTO SALDATO in testa e BULLONATO sull’anima
Le ali risultano completamente ripristinate mentre il giunto d’anima va
calcolato in base al taglio presente
Il collegamento è a completo ripristino flessionale se il coprigiunto d’anima
porta il taglio e la quota parte di momento flettente che gli compete.
Se il giunto d’anima è dimensionato solo per gli effetti del taglio il
collegamento è a parziale ripristino

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
GIUNTO BULLONATO
Il giunto è a completo ripristino se il momento flettente si ripartisce fra i coprigiunti delle
ali e quello dell’anima
Se i coprigiunti d’ala trasmettono il momento e il coprigiunto d’anima trasmette il taglio il
collegamento è a parziale ripristino

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
GIUNTO FLANGIATO
Può essere considerato a completo o a parziale ripristino a seconda della resistenza della
piastra e dei bulloni

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A.A. 2015 - 2016
GIUNTO BULLONATO solo sull’anima
In grado di trasferire solo azioni taglianti

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GIUNTI INTERMEDI PER UNA TRAVE CONTINUA
2 possibili schemi statici
1) Trave continua su tre appoggi
2) Travi indipendenti

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TRAVE CONTINUA SU TRE APPOGGI
Giunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionale
Giunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nullo

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Giunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionale

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Giunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nullo

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
TRAVI INDIPENDENTI
Giunto bullonato con squadrette

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ESEMPIO: TRAVE A DOPPIO T CON DOPPIO COPRIGIUNTO D’ALA
500
200
200
Trave IPE 500
S235 (Fe360)
Bulloni classe 5.6
Sollecitazioni:
Td =130 kN
Md = 200 kNm

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A.A. 2015 - 2016
GIUNTO DI TRAVE A DOPPIO T: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO
1. Ripartizione delle sollecitazioni (sforzo di taglio T, momento flettente M) tra ali e
anima.
E’ necessario definire la quota parte di sollecitazione sopportata da ciascuna zona del
collegamento. In particolare si considera che lo sforzo di taglio sia interamente assorbito
dall’anima della trave e che il momento flettente si ripartisca secondo le seguenti
relazioni:
2. Dimensionamento e verifica del collegamento delle ali.
2.1 Verifica dei bulloni
2.2 Verifica a trazione del coprigiunto
2.3 Verifica a rifollamento
3. Dimensionamento e verifica del collegamento dell’anima.
3.1 Verifica dei bulloni
3.2 Verifica a trazione del coprigiunto
3.3 Verifica a rifollamento
4. Verifica della sezione indebolita dai fori.
tot
x
ali M
j
eh
ebeb
M 
















2
3
2212
1
2
alitotanima MMM 
! Consultare il libro per lo
svolgimento numerico della
procedura di calcolo

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Outline

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE - COLONNA
GIUNTO SALDATO
con irrigidimenti
GIUNTO SALDATO
senza irrigidimenti
GIUNTO BULLONATO
Trave collegata all’ala della colonna
GIUNTO FLANGIATO
UNIONE TRAVE-COLONNA
CON COPRIGIUNTI
GIUNTO BULLONATO
Trave collegata all’anima della colonna

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE – COLONNA (1/4)
GIUNTO SALDATO
con irrigidimenti che proseguono idealmente le travi
Giunto a completo ripristino
(costoso, necessita saldature in opera ma contiene l’ingombro)

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
GIUNTO SALDATO
senza irrigidimenti

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
GIUNTO FLANGIATO
Flangia saldata alla trave e
bullonata alla colonna
COLLEGAMENTO CON COPRIGIUNTI

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
GIUNTO BULLONATO
Trave collegata all’ala della colonna
GIUNTO BULLONATO
Trave collegata all’anima della colonna

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
ESEMPIO: GIUNTO FLANGIATO TRAVE - COLONNA
50100280140
570
80 140 80
300
T
M
Nervatura diagonale di
irrigidimento
Costola orizzontale in acciaio
Bulloni Ø20
IPE 400
HEB 300
80
Td = 60kN
Md = 90kNm

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A.A. 2015 - 2016
GIUNTO FLANGIATO TRAVE – COLONNA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO
1. Verifica dei bulloni
1.1 Calcolo dello sforzo di trazione Nb,tot proveniente dall’ala tesa della trave;
1.2 Calcolo dello sforzo di trazione Nb e dello sforzo tangenziale Tb sul singolo
bullone;
1.3 Verifica di ciascun bullone con la massima tensione normale σb,max:
1.4 Verifica di ciascun bullone per la combinazione di tensione normale media σb e di
tensione tangenziale media τb:
2. Verifica della flangia (o dell’ala della colonna se di spessore minore)
2.1 Calcolo del momento Mα e del taglio Tα dovuti allo sforzo di trazione proveniente
dall’ala della trave, in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni;
2.2 Calcolo dell’area Ax,α e della rigidezza Wx,α della sezione resistente ridotta;
2.3 Calcolo della tensione normale σα e della tensione tangenziale τα agenti sulla
sezione dell’ala della colonna in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni
tesi.
fdN
A
N
res
b
b  25,1max,

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
GIUNTO FLANGIATO TRAVE – COLONNA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO
3. Verifica del pannello d’anima e dell’eventuale rinforzo
3.1 Verifica dell’anima della colonna;
3.2 Calcolo dello spessore della nervatura diagonale.
4. Dimensionamento e verifica della saldatura
4a) Saldatura a cordone d’angolo
4a1. Dimensionamento dell’altezza di gola;
4a2. Verifiche
4.b) Saldatura a completa penetrazione
ht386,5
hd
hr 281
a
Mpl
ht
ht
Mpl
h1
Cordone di saldatura
b
orizzontale
x
a1
a
x
verticale
1
2
a
Sez. tipo cordone
h
a
a1 h1
b



x x x x
1010
10
h1
b
orizzontale
x
a1
a
x
verticale
1
2
a
Sez. tipo cordone
h

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Outline

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA GIUNTO COLONNA - COLONNA
GIUNTO SALDATO
(sezioni uguali o quasi uguali)
GIUNTO BULLONATO
(sezioni uguali)
GIUNTO SALDATO
(profili poco diversi))
GIUNTO CON CORDONI
D’ANGOLO E SQUADRETTE
(profili poco diversi))
Soluzioni per collegamenti tra
profili molto diversi

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
ESEMPIO GIUNTO COLONNA - COLONNA
Nal/2
Nal/2
Nal/2
Nal/2
nb,al
Profilato HEB
Coprigiunto d'ala
Nan/2
nb,an
Profilato HEB
Coprigiunto d'anima
Nan
Coprigiunti d’ala
Coprigiunti d’anima

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO
1. Determinazione delle sforzo trasmesso dalle ali e dall’anima
2.1 bulloni delle ali
2.2 bulloni dell’anima
3. Coprigiunti
2.1 coprigiunti delle ali
2.2 coprigiunti dell’anima
4. Verifica della colonna
b
t
  N
A
tb
N
tot
ali 


2
alian NNN 

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Outline

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI BASE: UNIONE COLONNA - FONDAZIONE
controdadi
dadi di
registro
piastra
irrigidimenti
sigillatura con
malta espansiva
tirafondo
5cm
d>5
T
M
N
• Colonna
• Piastra forata saldata alla faccia inferiore della colonna;
la piastra può essere irrigidita mediante nervature;
• Plinto in cemento armato;
• Tirafondi annegati nel plinto e bullonati alla piastra.
controdado
dado
rosetta da saldare
al montaggio
piastra di
acciaio di base
malta
cementizia
plinto di
fondazione
tirafondo
rosetta
saldata
d


s
Particolare di un tirafondo

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
UNIONE COLONNA – FONDAZIONE: SCHEMATIZZAZIONE DEI VINCOLI
T
M
N N
N
T
M
NN
N

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
UNIONE COLONNA – FONDAZIONE: SCHEMATIZZAZIONE DEI VINCOLI
Cerniera Incastro

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
DISTRIBUZIONE DEGLI SFORZI SULLA PIASTRA
H
b
= N
bH
N
H
b

e
maxmin
N
e
H
b
h
y
max
N
Sforzo normale centrato Presso-flessione
Con centro di pressione
interno al nocciolo
centrale di inerzia
Presso-flessione
Con centro di pressione
esterno al nocciolo
centrale di inerzia

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
UNIONE COLONNA – PLINTO PER CARICO ASSIALE
La piastra di base deve avere caratteristiche di rigidezza tali da assicurare la
ripartizione lineare delle pressioni sul plinto di calcestruzzo.
Il problema del dimensionamento del collegamento si riduce al dimensionamento
della piastra :
1) Predimensionamento in pianta della piastra
2) Calcolo dello spessore della piastra
B
H
Aforo
360
80290
450 mm
450
30075
45
75
80
360
45
4545
MA22
HEA300
45 360 45
450
290
HEA300
Piastra in acciaio
450x450x40
45

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
UNIONE COLONNA – PLINTO A INCASTRO
1. Predimensionamento della piastra e dei tirafondi
2. Verifica del collegamento saldato colonna – piastra
3. Verifica della sezione di contatto piastra – plinto
4. Calcolo della lunghezza d’ancoraggio dei tirafondi
5. Calcolo dello spessore della piastra di base
rosetta
d
t
c
l
lad
lp
Nb
b
e
N
B
a
b
c


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A.A. 2015 - 2016
Outline

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A.A. 2015 - 2016
MORFOLOGIA DEI GIUNTI TESI
Collegamenti per funi
Collegamenti flangiati
Assebaricentrico
Asse baricentrico
Asse baricentricoIdeale
Cerniera
TIPO A
Nodo A
Nodo B
Unioni degli elementi di controventamento

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A.A. 2015 - 2016
Assebaricentrico
Asse baricentrico
Asse baricentricoIdeale
Cerniera
TIPO A
Nodo A
Nodo B

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
Asse baricentrico
Asse baricentrico
Asse di
Truschino
Assebaricentrico
Cerniera
Ideale
TIPO B
Nodo A
Nodo B

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A.A. 2015 - 2016
SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO DELL’UNIONE
1. Predimensionamento dell’asta
2. Predimensionamento dei bulloni
3. Verifica dell’asta
N
a
a
Sez. a-a
G
Sez. a-a
a
a
N
G
ex
N
a
a
Sez. a-a
Doppio angolare
simmetrico
Singolo angolare Doppio angolare
Non simmetrico

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UNIONI 2
A.A. 2015 - 2016
SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO DELL’UNIONE
5. Verifica della piastra
Piastra di nodo
Cerniera ideale
ey
Asse di truschino
Asse baricentrico
N
V
HV
H
asse baricentrico // asse ideale,
asse dei bulloni (asse di truschino)  asse della sollecitazione;

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