Studio sperimentale/numerico di una nervatura circolare

Jun 21, 2023

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 8823 (2022) Citare questo articolo

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Concentrandosi sulle connessioni a flangia circolare irrigidita con nervature con piastre flangiate interne ed esterne, denominate flangia interna-esterna, viene studiato sperimentalmente il comportamento meccanico della flangia sottoposta al carico combinato di flessione e trazione. Sono stati utilizzati quattro campioni nominalmente identici per studiare gli effetti dell'eccentricità sul comportamento meccanico. Viene presentata la distribuzione dello spazio tra le piastre della flangia, nonché la distribuzione delle forze dei bulloni. Si è riscontrato che l'asse neutro si avvicinerebbe gradualmente all'asse centrale della connessione a flangia, man mano che l'eccentricità aumenta. Inoltre, a patto che le nervature, le saldature e le piastre della flangia siano sufficientemente resistenti, la capacità della flangia risulta essere prevalentemente predominata dalla resistenza del bullone. Un buon accordo si riscontra nel confronto dei risultati ottenuti tramite l'analisi agli elementi finiti, il metodo semi-analitico (SAM) e lo studio sperimentale. Ciò conferma la validità dell'utilizzo del presupposto del cedimento del bullone e del presupposto della sezione trasversale piana nel SAM per approssimare la capacità della flangia interna-esterna. In termini di interazione della capacità di trazione con la capacità di flessione, i risultati sperimentali insieme a quelli presenti in letteratura vengono confrontati con le curve definite dalle norme e vengono conclusi suggerimenti per la progettazione. La capacità di snervamento, definita come il carico quando la sollecitazione dei bulloni raggiunge il limite di snervamento, è qui raccomandata per la progettazione di una struttura in condizioni di servizio. Si è riscontrato che le specifiche nei codici attuali per le flange irrigidite con nervature con una singola piastra a flangia occasionalmente sovrastimano la capacità di snervamento delle flange interno-esterne sotto il carico combinato di flessione e trazione. Inoltre, sia i risultati sperimentali che quelli numerici mostrano una curva di interazione del carico lineare, in termini di capacità ultima.

Le flange circolari, come giunto strutturale bullonato, vengono spesso utilizzate per il collegamento degli elementi tubolari a sezione tonda nelle strutture tubolari. Tuttavia, le tradizionali flange circolari, che possiedono semplicemente una singola piastra flangiata interna/esterna (flangia SI/SO), a volte non possono soddisfare i requisiti di elevata resistenza derivanti dalla progettazione di una torre/palo di trasmissione alta sotto carichi gravosi1. In considerazione di ciò, a condizione che i tubi abbiano un grande diametro, Deng et al.1 hanno sviluppato una promettente connessione a flangia circolare irrigidita con nervature con piastre a doppia flangia, denominata flangia interna-esterna, che migliorerebbe notevolmente la capacità della connessione , ed è stato implementato in estese strutture di torri di trasmissione a lunga campata, come la torre di trasmissione alta 380 m (torre Jintang) situata nelle isole Zhoushan, in Cina2.

Essendo una connessione bullonata ad alta resistenza, le flange interno-esterne possono essere identificate da due caratteristiche principali: le nervature e le piastre della flangia interna ed esterna. La Figura 1 mostra una flangia interna-esterna effettiva utilizzata in una torre di trasmissione tubolare. Sebbene la flangia SI/SO non irrigidita sia riconosciuta come una connessione economicamente vantaggiosa e ampiamente implementata nelle strutture tubolari, l'azione di leva3,4,5,6,7,8,9,10, che frequentemente si verifica nelle flange non irrigidite, comportano un aumento della forza del bullone e quindi una riduzione delle capacità della flangia che sono principalmente governate dalla forza del bullone. Vale la pena notare che vari modelli analitici convalidati da studi sperimentali3,4, analisi agli elementi finiti (FE)5,6,7 o entrambi8,9,10, sono stati quindi sviluppati per approssimare accuratamente l'azione indiscreta. L'irrigidimento della flangia con nervature, come specificato sia nella normativa cinese che in quella giapponese11,12, è un metodo efficace per ridurre l'azione di leva migliorando la rigidità fuori piano della piastra della flangia, ed è quindi adottato nella parte interna flange esterne. Si noti che il codice cinese intitolato "Regolamento tecnico di progettazione per strutture di torri tubolari in acciaio di linee di trasmissione aeree" (DL/T 5254-2010)11 suggerisce che l'azione di leva può essere ignorata per le flange circolari irrigidite con nervature che sono normalmente progettate. Inoltre, il requisito di elevata capacità nel collegare i tubi a sezione tonda di grande diametro (fino a 2300 mm nella torre Jintang2) e la limitazione delle dimensioni dei bulloni nell'ingegneria pratica porterebbero a un gran numero di bulloni flangiati che non possono essere utilizzati essere ben disposti in un'unica piastra flangiata esterna. Viene quindi proposto l'utilizzo di una piastra flangiata interna aggiuntiva per le flange interna-esterna1, in modo che si possano utilizzare più bulloni della flangia per migliorare sia la capacità di trazione che quella di flessione del collegamento della flangia.