Software di progettazione di tiranti e bulloni per l'Eurocodice 5

I dispositivi di fissaggio a perno, quali bulloni e perni in acciaio, sono tra i sistemi di collegamento più diffusi nell'ingegneria strutturale del legno. Questi dispositivi trasferiscono le forze tra gli elementi in legno attraverso le sollecitazioni di compressione nel legno e la flessione del dispositivo stesso.

SPEC Toolbox offre un calcolatore avanzato per la progettazione e la verifica dei collegamenti a perno in elementi in legno con piastre in acciaio. Lo strumento valuta l'interazione tra elementi in legno, piastre in acciaio ed elementi di fissaggio, consentendo agli ingegneri di verificare la capacità di carico dei collegamenti in condizioni di carico combinato.

Per l'area europea, il calcolatore supporta i seguenti standard di progettazione:

• EN 1995-1-1:2004 (Eurocodice 5)
• prEN 1995:2025 (Revisione dell'Eurocodice di nuova generazione)

Questi standard definiscono le procedure di progettazione per elementi di fissaggio a tassello, utilizzando la teoria della snervamento di Johansen, i requisiti di spaziatura e le verifiche di rottura del legno.

Il calcolatore supporta bulloni e tasselli in acciaio installati in elementi in legno lamellare o in legno massiccio e consente una configurazione flessibile delle posizioni delle piastre, della disposizione dei dispositivi di fissaggio e delle condizioni di carico.

Il comportamento strutturale di un collegamento a perno è determinato dalle forze che agiscono sull'intersezione. Il calcolatore consente agli ingegneri di definire le componenti di carico principali trasmesse attraverso il collegamento.

È possibile applicare i seguenti carichi:

• Forza di trazione assiale (Fx)
: forza che agisce parallelamente all'asse di collegamento e che produce una trazione nel gruppo costituito dal legno e dall'elemento di fissaggio.

• Forza di taglio (Fz)
: forza che agisce perpendicolarmente all'asse dell'elemento di fissaggio e che viene trasmessa attraverso il punto di appoggio tra il legno e gli elementi di fissaggio.

• Momento flettente (My)
: momento applicato al giunto che determina un'ulteriore ridistribuzione delle forze all'interno del gruppo di elementi di fissaggio.

Gli ingegneri possono inoltre definire la configurazione del collegamento, stabilendo se esso funga da elemento strutturale primario o da parte integrante di un sistema di trasferimento del carico più ampio.

Il calcolatore valuta i collegamenti a perno utilizzando la teoria della snervamento di Johansen, che costituisce il fondamento della progettazione moderna dei collegamenti in legno nell'Eurocodice 5.

Questo approccio analitico tiene conto dell'interazione tra:

• Resistenza all'incastro del legno

• Resistenza alla flessione dei dispositivi di fissaggio

• Rigidità della lamiera d'acciaio

• Ridistribuzione del carico all'interno del gruppo di elementi di fissaggio

Vengono valutati automaticamente diversi potenziali meccanismi di guasto, tra cui:

• Cedimento dell'ancoraggio del legno

• Deformazione del dispositivo di fissaggio

• Meccanismi combinati in plastica per elementi di fissaggio del legno

La procedura di progettazione applica i coefficienti di sicurezza dei materiali e i coefficienti di correzione definiti dalla norma di progettazione selezionata.

Valutando tutte le possibili modalità di carico, il calcolatore determina la resistenza di collegamento determinante e garantisce una verifica strutturale affidabile.

L'elemento in legno costituisce il componente strutturale principale del collegamento. La sua geometria e le proprietà del materiale influenzano in modo significativo la capacità di collegamento.

Gli ingegneri possono definire:

• Spessore degli elementi in legno

• Classe di qualità del legname

• Posizionamento della lamiera d'acciaio all'interno della sezione in legno

• Disposizione delle piastre (disposizione uniforme o non uniforme)

Questi parametri determinano il meccanismo di trasferimento del carico e influenzano i requisiti relativi alla distanza tra gli elementi di fissaggio, la resistenza alla spaccatura e il comportamento complessivo del giunto.

Le piastre in acciaio vengono spesso utilizzate nei collegamenti in legno per migliorare la distribuzione dei carichi e aumentare la resistenza dei giunti.

Il calcolatore consente agli ingegneri di definire le proprietà meccaniche e geometriche della lamiera d'acciaio, tra cui:

• Tipo di lamiera d'acciaio

• Spessore della lamiera

• Profondità del piatto

• Distanze dai bordi

• Distanze terminali

Le proprietà dei materiali, quali il limite di snervamento e la resistenza massima, vengono utilizzate per valutare la resistenza strutturale della lamiera d'acciaio.

Il sistema verifica la piastra rispetto a potenziali meccanismi di guasto, tra cui:

• Piegatura di lamiere

• Capacità portante

• Capacità di taglio

• Resistenza allo strappo

• Capacità di trazione

Ciò garantisce che la componente in acciaio del collegamento mantenga la propria adeguatezza strutturale.

Gli elementi di fissaggio sono i principali elementi di trasferimento del carico nei collegamenti in legno con tasselli. Il calcolatore supporta la progettazione di:

• Bulloni
• Tasselli in acciaio

Gli ingegneri possono definire le caratteristiche dei dispositivi di fissaggio, tra cui:

• Diametro dell'elemento di fissaggio

• Classe di resistenza dei dispositivi di fissaggio

• Numero di elementi di fissaggio per fila

• Numero di righe

• Schema di distribuzione dei dispositivi di fissaggio

• Diametro della rondella

• Angolo di installazione

Questi parametri influenzano direttamente la capacità di fissaggio, la distribuzione del carico e la modalità di cedimento del collegamento.

Una corretta spaziatura dei dispositivi di fissaggio e delle distanze dai bordi è fondamentale per evitare cedimenti del legno dovuti a fragilità, come la spaccatura o il taglio trasversale.

Il calcolatore consente agli ingegneri di definire:

• Distanza lungo la venatura (a₁)

• Distanza trasversale rispetto alla venatura (a₂)

• Distanza dal bordo caricato (aₜ)

• Distanza dal bordo non caricato (aₑ)

• Distanze terminali

Gli ingegneri possono definire questi valori manualmente oppure lasciare che il calcolatore applichi i requisiti minimi di distanza in base alla norma di progettazione selezionata.

Questi vincoli geometrici garantiscono una corretta distribuzione delle sollecitazioni e una resistenza sufficiente del legno in corrispondenza degli elementi di fissaggio.

Dopo aver definito la geometria, i materiali e i carichi, il calcolatore esegue una verifica strutturale completa del collegamento.

Vengono eseguiti automaticamente i seguenti controlli:

Verifica geometrica

Garantisce che gli spazi, le distanze dai bordi e i requisiti di disposizione siano conformi alle disposizioni del regolamento di progettazione.

Controlli su travi e elementi di fissaggio

La connessione viene valutata in relazione a diverse possibili modalità di cedimento del legno e degli elementi di fissaggio, tra cui:

• Resistenza alla deformazione dei dispositivi di fissaggio

• Resistenza alla spaccatura del legname

• Resistenza al taglio dei blocchi o dei tappi

• Resistenza alla trazione netta dell'elemento in legno

Verifica delle lamiere d'acciaio

La lamiera d'acciaio viene verificata in base a:

• Capacità di trazione

• Resistenza dei cuscinetti

• Capacità di piegatura

• Capacità di taglio

• Resistenza allo strappo

I risultati vengono presentati in un pannello di controllo sintetico e intuitivo, che consente agli ingegneri di individuare rapidamente i meccanismi di cedimento determinanti e di verificare se il collegamento soddisfa i requisiti di progettazione.