La portata dei profili è limitata in quasi tutti i casi dall’instabilità per inflessione della parte compressa. Ciò si verifica solo quando è stato raggiunto il limite di snervamento dopo l’uniformazione delle tensioni in tutta la flange compressa. Solo con forti vincoli laterali può essere aumentata la tensione di bordo sopportabile fino alla zona di incrudimento dell’acciaio da costruzione. Nella valutazione della portata occorre tener conto della reale distribuzione delle tensioni. Con l’ipotesi di una distribuzione rettilinea delle tensioni, la portata sarebbe sottostimata. I fenomeni di instabilità devono essere esaminati con particolare attenzione.
Detrazione dei fori nei supporti caricati a flessione
Sul lato teso dell’elemento portante agisce l’indebolimento della sezione come negli elementi tesi (fessurazione della fascia tesa lungo la sezione indebolita). Per la verifica dei fori in questo senso valgono le stesse regole che per un elemento teso.
Poiché i fori riempiti di rivetti sul lato compresso della trave influiscono molto poco sulla distribuzione delle tensioni e delle deformazioni, e la capacità portante è per lo più limitata dall’instabilità laterale della fascia compressa, l’entità dell’indebolimento della sezione nelle travi a sezione simmetrica non influisce in modo significativo sul carico portante. Per questo già F. Hartmann si è posto la questione se nelle travi simmetriche sia in generale necessario considerare l’indebolimento dovuto ai fori. Nelle sezioni asimmetriche (lato compresso più robusto) la detrazione dei fori sul lato teso della trave può diventare determinante per la capacità portante. Sotto carichi ripetuti frequentemente, i fori hanno un’influenza notevole, anche quando si trovano a una distanza maggiore dalle fibre esterne.
Oggi, nel calcolo della capacità portante della sezione a flessione si utilizzano la sezione lorda e la sezione netta (oltre ad altri modi di rottura determinanti). La rottura sulla sezione lorda si verifica nella parte della sezione non indebolita dai fori. La rottura sulla sezione netta si verifica lungo la sezione indebolita dai fori, e l’area considerata è l’area lorda diminuita dell’area di tutte le aperture.
Rivetti nel collo e nella testa
In caso di flessione, oltre alle tensioni normali, si manifestano anche tensioni di taglio che, nelle travi con correnti paralleli, sono proporzionali alla forza trasversale Q. Nelle sezioni composte, le tensioni di taglio sulle superfici di contatto tra i singoli profili laminati sono assorbite dai rivetti che li collegano. La distribuzione delle forze di taglio T nell’anima è parabolica, nei correnti quasi rettilinea. Nelle travi con correnti pesanti, T nell’anima si discosta poco dal valore medio Tm, che spesso è sufficiente per una prima valutazione.
Fig. 1
I rivetti nella testa (fig. 1b) devono insieme assorbire la forza di taglio TK < TH. La forza di taglio tra le singole lamine della cinghia è ancora minore e, per il caso in fig. 1c, si distribuisce su un numero maggiore di rivetti.
Prolunga dell’elemento portante
L’innesto longitudinale della lamiera verticale è necessario quando l’altezza della lamiera è maggiore della larghezza delle lamiere disponibili. Può essere necessario anche in considerazione della fabbricazione e del trasporto. I tasselli e i rivetti nell’innesto longitudinale di un sostegno devono assorbire la stessa forza TL che avrebbe la lamiera non giuntata nel giunto longitudinale. Poiché gli indebolimenti dovuti ai fori nel tassello sono uguali a quelli nella lamiera verticale, lo spessore del tassello deve essere maggiore o uguale allo spessore dell’anima.
Fig. 2 - Prolunga longitudinale della lamiera verticale
Il giunto trasversale sottoposto a carico di flessione può essere coperto in vari modi mediante staffe. La Fig. 3 mostra più possibilità di giunto di officina, nel quale è proseguita soltanto la lamiera verticale. Se le staffe sono solo tra gli angolari di corrente (fig. 3a), rimangono scoperte strisce della lamiera verticale sotto gli angolari di corrente. In tal caso gli angolari e i ribattini nella zona del giunto della lamiera verticale sono notevolmente più sollecitati; pertanto questo tipo di giunti va limitato a collegamenti meno importanti con forze ridotte. Occorre sempre dare la preferenza al giunto completamente coperto. Le apposite staffe sulle branche verticali degli angolari assorbono le tensioni longitudinali di questa striscia, ma partecipano solo in misura trascurabile all’assorbimento della forza trasversale. Un certo miglioramento in tal senso è apportato dalla fig. 3c. Con forze elevate si deve tendere a staffe lungo tutta l’altezza della lamiera verticale (fig. 3d), il che presuppone che gli angolari di corrente debbano essere interrotti. Le staffe assumono lo spessore della branca dell’angolare; con grandi spessori degli angolari si usano spessori di compensazione per risparmiare sull’eccessivo spessore della staffa.
Fig. 3 - Giunzione trasversale (di officina) della lamiera verticale
Giunzione della lamiera verticale sottoposta a carico di taglio: La trave nel punto di giunzione è sollecitata soltanto da Q (M = 0). Per una giunzione con interassi uguali dei rivetti (fig. 4) si deve supporre che le forze nei rivetti NiQ corrispondano approssimativamente al corrispondente elemento di superficie e*t della giunzione, cioè che le forze nei rivetti siano distribuite come le tensioni di taglio lungo l’altezza della trave, NiQ = e*t*τi = e*Ti. Tuttavia, nel dimensionamento si calcola con una distribuzione uniforme su tutti i n rivetti NiQ = Q/n.
Fig. 4 - Prosecuzione della lamiera verticale con distribuzione della forza di taglio
Fig. 5 mostra la giunzione d’officina della lamiera verticale (gli angolari di irrigidimento e le lamine sono prolungati in un altro punto).
Fig. 5
Flessione con forza normale: Le travi sollecitate contemporaneamente da momenti flettenti e da forze normali si dimensionano secondo gli stessi principi e sotto l’assunzione di una distribuzione lineare delle tensioni. Con la completa esclusione dei chiodi in entrambe le ali, la sezione utile e la posizione della linea neutra non dipendono dal caso di carico, per cui le tensioni dovute a M e N possono essere semplicemente sommate. Il carico dei chiodi nell’innesto si ottiene per sovrapposizione delle forze derivanti dai casi di carico parziali M, rispettivamente N.
Appoggio e collegamento del supporto
Qui verrà considerata soltanto la soluzione più comune tra le numerose possibili. Nella valutazione occorre sempre tenere conto delle forze supplementari che derivano dagli scostamenti da calcoli di resistenza più o meno idealizzati.
Il semplice appoggio di un elemento portante sulla fascia superiore di un altro elemento costruttivo è da prendere in considerazione quando sia disponibile una grande altezza costruttiva. Il caso normale è un collegamento rigido con rivetti o bulloni. Nella fig. 6 è mostrato il normale appoggio delle arcarecce continue a I nell’edilizia, che evita anche la foratura nelle sottili anime a I. Gli elementi portanti devono, nel caso dato, essere assicurati contro il ribaltamento e contro le forze trasversali (fig. 7 e 8). Nella costruzione di ponti gli elementi portanti vengono spesso accoppiati (fig. 9); appoggio fisso della trave longitudinale sulla trave trasversale (fig. 10). Gli elementi portanti devono essere irrigiditi, in caso di forze di appoggio maggiori, con angolari inseriti o profili saldati (fig. 8 до 10). Nei portanti composti il carico deve essere trasmesso nell’anima.
Fig. 6 - Fissaggio dei puntoni
Fig. 7 e 8
Fig. 9 e 10
Giunzione dell’anima: Nelle fig. 11 e 12 sono mostrati i collegamenti delle travi a I, utilizzati nell’edilizia come giunzioni normali. Il taglio riceve un ampio raccordo, per evitare la fessurazione dell’anima della trave. L’incastro elastico dovuto alla giunzione dell’anima comporta un certo aumento della capacità portante. Le deformazioni descritte sono tuttavia innocue in presenza di carichi prevalentemente statici, come ad esempio nei ponti più vecchi.
Fig. 11. - Collegamenti normali di una trave I con sezione terminale perpendicolare
Fig. 12 - Collegamenti normali con estremità tagliate delle travi a I
Giunzioni rigide a flessione si eseguono quando è richiesto un collegamento senza variazione dell’angolo (travi continue, angoli rigidi dei telai) oppure quando esiste il rischio di rottura per fatica sotto carico variabile, soprattutto nei ponti ferroviari. Si possono usare piastre di continuità, giunzioni rigide a flessione, angoli rigidi a flessione, angoli dei telai.
- Lamiere di continuità – Se occorre collegare elementi portanti che si trovano sullo stesso piano, allora si collegano entrambe le ali superiori con una lamiera o con un tirante di continuità. In questo modo i rivetti del collegamento sono liberati dalle forze di trazione ed evitano grandi deformazioni.
Fig. 13 - Giunto con lamella per la continuità
Fig. 14 - Collegamento delle travi longitudinali a) del ponte autostradale; b) del ponte ferroviario
- Collegamenti rigidi a flessione – Questo tipo di collegamento si riscontra nelle mensole piene dei percorsi pedonali dei ponti stradali. Per i momenti minori, la loro lamiera verticale è collegata solo in modo biassiale tra gli angolari di irrigidimento della trave principale. Il momento introdotto viene distribuito, tramite l’irrigidimento, su tutta l’altezza della trave principale, ossia viene introdotto nei suoi correnti come sistema di forze.
Fig. 15 e 16
- Angoli rigidi a flessione – Gli angoli rigidi a flessione tra pilastri e travi secondarie nell’edilizia devono essere progettati in modo che l’angolo resti invariabile e non si verifichino superamenti locali delle tensioni. Collegamenti affidabili negli angoli si ottengono ad esempio secondo la fig. 16 quando si usano piastre d’ala, oppure secondo la fig. 100 quando il momento d’incastro nelle fasce del pilastro viene assunto come coppia di forze.
- Angoli del telaio – Nei telai poligonali l’innesto può essere eseguito nel punto di cambio direzione se la differenza dell’angolo è piccola; le aste unite vengono rinforzate con legature, come aste tese e compresse. Le forze di rotazione si concentrano nel punto di rottura e devono essere assorbite da irrigidimenti. Nella fig. 101 si noti la differenza nel rinforzo dell’innesto e nell’irrigidimento, a seconda del verso del momento flettente e delle forze di deviazione. In caso di grandi forze e di notevole differenza angolare, si evita che l’innesto cada nella parte fortemente curvata del telaio. Gli innesti in prossimità degli angoli del telaio consentono una forma costruttiva migliore e facilitano l’esecuzione. Esempi con innesti universali rivettati su entrambi i lati del punto di cambio direzione sono mostrati nelle fig. 102a e fig. 102b, nella quale l’angolo è costituito da una parte saldata. La fig. 103 mostra il collegamento rigido a flessione del montante del telaio con la traversa continua.
Fig. 17a
Fig. 17b
Giunzioni inclinate: Nelle giunzioni finora esaminate le anime si trovavano reciprocamente perpendicolari. Se però l’angolo non è retto, allora i profilati angolari (fig. 18) vengono ruotati; con angoli molto acuti si impiegano spessori a cuneo. Si utilizzano controventi di continuità e pezzi di appoggio, se del caso, come nelle giunzioni rette. Le lamiere di collegamento piegate (fig. 19) sono collegate con grande eccentricità e notevoli forze supplementari. La realizzazione delle giunzioni inclinate è facilitata quando si usano piastrine di collegamento saldate (fig. 20).
Fig. 18
Fig. 19
Fig. 20