Introduzione

Le strutture e gli sbalzi a cantilever sono onnipresenti nella costruzione moderna, dai balconi e dai balconi ai ponti e alle proiezioni dei tetti. I collegamenti in acciaio che sostengono questi elementi di proiezione devono essere progettati con eccezionale cura perché l'intero percorso di carico dipende dall'integrità di una singola linea di supporto.

Questo articolo fornisce una panoramica completa dei dettagli del collegamento in acciaio appositamente studiati per le strutture e i sospesi in cantilever, che copre i tipi di connessione, i meccanismi di trasferimento del carico, le considerazioni di progettazione, le pratiche di dettaglio e i requisiti di codice.

Comportamento fondamentale delle connessioni a Cantilever

Qualsiasi connessione in acciaio che supporta un cantilever deve resistere a tre azioni primarie: taglio verticale, momento di piegatura e, a seconda della geometria, la tensione. La domanda di momento al supporto è il prodotto della lunghezza del cantilever e del carico applicato (compreso il peso di sé). Poiché il momento è più alto alla fine fissa, la connessione deve essere progettata per trasferire questo momento senza eccessiva rotazione o resa.

Meccanismi di trasferimento del momento

Il momento di collegamento è trasferito attraverso lo sviluppo di forze di trazione e compressione su lati opposti dell'asse neutro degli elementi di collegamento. In un collegamento a momento bullonato, questo viene raggiunto fornendo bulloni sia sulla tensione che sulle flange di compressione insieme a bulloni di taglio nel web.

Tipi di strutture a Cantilever e loro richieste di connessione

Le diverse applicazioni di cantilever impongono richieste distinte per le connessioni:

  • Balconi e Canodie:[] Di solito proiettano da pareti o colonne, richiedendo connessioni di momento che resistano anche al sollevamento del vento e carichi vivi. L'integrazione estetica è spesso importante, così collegamenti nascosti o semi-concessi possono essere specificati.
  • I Girders in ponti:[ Carry carichi veicolari pesanti e cicli di fatica dinamica. Le connessioni devono essere progettate per la fatica ad alto ciclo e spesso impiegano bulloni ad alta resistenza precaricati in gruppi a goccia di attrito.
  • Aspese di copertura:[] Caricato leggermente ma soggetto a carichi di neve, vento e occasionali manutenzione. Le connessioni possono essere più semplici ma devono comunque fornire un trasferimento di momento affidabile per evitare una eccessiva deflezione.
  • Segnale e illuminazione all'aperto:[] Piccoli cantilever con carichi concentrati. Le connessioni sono spesso personalizzate con i rigidezzanti per evitare l'indurimento locale in fase di aggancio.

Caricamenti e Forze in Progettazione di connessione Cantilever

Un'analisi approfondita del carico è il primo passo nella progettazione dei collegamenti, i seguenti carichi devono essere considerati, spesso in combinazione come prescritto dal codice degli edifici (ad esempio ASCE 7 negli Stati Uniti):

  • Cariche di carico:[ Peso auto- dell'acciaio, rivestimento e qualsiasi attaccamento permanente.
  • Live Loads:[ Carico di occupazione, neve, pioggia, o attrezzature mobili.
  • Cariche a vite:[] Sollevamento e pressioni laterali, particolarmente significative per baldacchini e sporgenze aperte.
  • Cariche sismiche:[ Nelle zone sismiche, i collegamenti devono soddisfare le esigenze di duttilità della struttura.
  • Effetti termici:[ I cambiamenti di temperatura causano espansione e contrazione, inducendo forze nelle connessioni restrittive.

Tutte le combinazioni di carico sono applicate per determinare il momento massimo fattore (M u) e la cinghia (V u) fattore sul viso di connessione.

Tipi di collegamento in acciaio per cantilevers

Collegamenti di momento

Le connessioni di Moment sono il tipo più comune per i cantilevers perché forniscono il necessario risistemazione rotazionale.

  • Connessioni di momento in bianco:[] I piatti sono saldati o bulloni alle flange del fascio di cantilever e della colonna di supporto. Questo è un dettaglio semplice per il trasferimento del momento attraverso forze assiali nelle flange.
  • Connessioni di allungamento a fine-taglio:[ Una piastra spessa viene saldata perpendicolare alla fine del fascio di cantilever e quindi fissata alla colonna di supporto o alla parete. I bulloni vengono posizionati fuori dalla profondità del fascio per creare un braccio di leva più grande, aumentando la resistenza al momento.
  • Connessioni di momento saldate:[] Le saldature a scanalatura a piena penetrazione collegano le flange a raggi direttamente alla flangia della colonna, mentre il web è saldato a filetto o bullone a una scheda di taglio.

Collegamenti per la porta

Mentre una connessione pura della canapa non può resistere al momento, è spesso utilizzata in combinazione con elementi di resistenza al momento. Per i cantilever, i collegamenti delle cesoie sono impiegati principalmente in punti dove il momento è teoricamente zero (ad esempio, a supporti interni di travi continue) o come parte di un collegamento ibrido dove la cinghia viene trasferita indipendentemente.

  • Tavole di taglio:[] Una piastra verticale saldata al membro di supporto e bullnata al fascio web.
  • Connessioni angolo doppio: Due angoli bullonati o saldati al fascio web e il supporto.
  • Connessioni sigillate:[] Un angolo di seduta rigido o non stime che supporta la flangia inferiore, con un angolo superiore per stabilità laterale.

Collegamenti Pinned

Raramente vengono utilizzati come unico supporto per un cantilever perché qualsiasi rotazione al supporto causerebbe la deviazione del cantilever in modo significativo. Tuttavia, le connessioni a pinned appaiono nelle piastre di base incernierate delle colonne di cantilever o nelle strutture temporanee dove è richiesto un movimento controllato.

Dettagli di connessione in profondità

Collegamento del piatto finale

Le connessioni a piastra terminale sono ampiamente utilizzate per le travi a cantilever attaccate a colonne o pareti. La piastra è saldata al punto del fascio con una saldatura a scanalatura a piena penetrazione o una combinazione di saldature di filetto. Lo spessore della piastra è determinato per evitare l'azione di potying nei bulloni sotto le forze di trazione. Per le piastre sottili, ]] i problemi di fissaggio sono spesso aggiunti

Collegamento del piatto di base per colonne di Cantilever

Quando una colonna proietta verso l'alto come un cantilever da una fondazione, la connessione della piastra di base deve resistere al momento di ribaltamento e taglio. Le piastre di base sono tipicamente dimensionate per distribuire le forze della flangia della colonna nel cemento, utilizzando barre di ancoraggio per sviluppare la tensione sul lato del sollevamento.

Collegamenti con il momento a bullone con i clienti

Se i momenti pesanti devono essere trasferiti con connessioni a bullone, i rigidi diventano essenziali. Questi idraulici di connettore (spesso chiamati piastre di continuità) sono posizionati sul membro di supporto di fronte alle flange a cantilever. In una colonna, i rigidi si allineano con la tensione e flange di compressione del raggio collegato per evitare la resa di colonna o la flessione flangia.

Connessioni saldate a Cantilever

Per il trasferimento di tempo più alto, le saldature a gola (CJP) vengono utilizzate nelle flange e le saldature a filo per il riempimento vengono utilizzate sul web. Il metallo saldato deve corrispondere o superare la resistenza del metallo di base. I fori di accesso a saldatura possono essere forniti

Collegamento del piatto del flacone

In acciaio ibrido-timber o acciaio-concrete cantilevers, piastre flitch—piatti in acciaio sottili tra elementi in legno o cemento—trasferimento cesoio e momento dal cantilever al supporto laterale. La piastra in acciaio è spesso estesa oltre il supporto e bullone o doweled. Dettaglio deve tenere conto di differenziale restringimento e strisciamento nel materiale non-acciaio. Questi collegamenti sono meno comuni nella costruzione in acciaio puro, ma appaiono in lavori di ristrutturazione.

Considerazioni di progettazione Specifiche per Cantilevers

Carico faticoso e ciclico

I cantilever che supportano i carichi in movimento (ad esempio, travi a gru, cantilever a ponte) sono suscettibili di guasti alla fatica alla connessione. Le categorie particolari da AISC 360 o Eurocode 3 devono essere controllate. I collegamenti saldati hanno solitamente una resistenza alla fatica inferiore rispetto alle connessioni a bullone; quindi, per applicazioni ad alto ciclo, sono preferibili connessioni con i bulloni a tempo determinato in condizioni di scarto-critiche.

Protezione contro la corrosione

I cantilever esterni sono esposti a condizioni meteorologiche e richiedono protezione dalla corrosione. La zincatura a caldo è comune ma deve considerare le autorizzazioni di foro per i bulloni. I sistemi di verniciatura conformi agli standard SSPC vengono applicati dopo la saldatura e la rettifica. La corrosione del dispositivo può verificarsi a connessioni bullonate dove l'umidità è intrappolata; pertanto, lavatrici di tenuta o sigillanti tra superfici di faying è consigliabile.

Costruzioni e tolleranze di erezione

I collegamenti con le cantilever sono spesso eretti ad altezza, richiedendo un'attenta pianificazione per l'accesso e l'allineamento. I collegamenti con molti bulloni sono difficili da montare se le normali tolleranze di perforazione sono troppo strette. L'uso di fori a corto raggio in un elemento può facilitare l'allineamento senza ridurre indebitamente la forza.

Considerazioni estetiche

Le linee pulite, i modelli di bullone simmetrico e le piastre di intestino minimali migliorano l'appeal visivo. Le connessioni concatenate[] utilizzando borchie o inserti filettati possono essere specificate per balconi dove l'acciaio di supporto deve essere nascosto. Tuttavia, i collegamenti nascosti devono ancora fornire la capacità di momento necessaria e essere ispezionabili.

Metodi di analisi per connessioni a Cantilever

Il metodo [[FLT:]]]] è stato introdotto da Eurocode 3, che rompe la connessione in singoli componenti (righetta di tensione, colonna web in compressione, piastra finale in flessione, dettagliata, ecc.) e li assembla in un modello a molla per determinare rigidità e resistenza.

Realizzazione e Erezione Migliori Pratiche

La messa a punto di un collegamento di momento è fondamentale: le lacune nelle giunture flangia devono essere minime per evitare l'introduzione di eccentricità. Le scims possono essere utilizzate ma devono essere accuratamente progettate per mantenere la pretensione del bullone. Le sequenze di saldatura devono ridurre al minimo la distorsione; ad esempio, la saldatura dal centro verso l'esterno e l'alternanza tra flange.

Prima dell'erezione, il fascio cantilever dovrebbe essere camberato se la deflettorazione del carico morto è significativa. L'eccentricità del collegamento deve essere considerata: se la connessione non è incentrata sul supporto, gli effetti P-delta amplificano il momento.

Ispezione e manutenzione

Tutte le connessioni a cantilever saldate devono essere sottoposti a test non distruttivi (NDT) — test di particelle a ultrasuoni o magnetici per saldature a scanalatura, e ispezione visiva più penetrante per tintura per saldature di filetto.

Codici e Standard applicabili

In Nord America, i riferimenti principali sono AISC 360-22 (specificazione per gli edifici in acciaio strutturale) e le disposizioni sismiche AISC (AISC 341) per i telai sismici. Le specifiche RCSC (Consiglio di ricerca sui collegamenti strutturali) disciplinano l'uso di bulloni. In Europa, Eurocode 3: Design delle strutture in acciaio – Parte 1-8 copre anche le articolazioni.

Caso studio: un tipico balcone Cantilever connessione

Il punto di riferimento è 250 kN·m, e la guaina di fattore è 80 kN. Viene selezionato un collegamento di momento di chiusura a vite con piastra di fine corsa. Un piatto di fine grado 350, spessore 25 mm, viene saldato al fascio di estremità con saldature a scanalatura CJP a flange e saldature a doppia parete.

Conclusioni

I dettagli di connessione in acciaio per le strutture e i sovrappesi richiedono un'attenzione meticolosa al percorso di carico, al dettaglio, alla fabbricazione e all'installazione. La scelta del tipo di connessione, sia che si tratti di un'esposizione al momento, di una cesoia o di una spillatura, dipende dalle specifiche esigenze della struttura, comprese le forze di ampiezza, l'esposizione alla fatica, l'ambiente di corrosione e i requisiti e l'estetica.