Analisi strutturale ad Elementi Finiti di un giunto metallico

This thesis discusses the Finite Element structural analysis of a steel joint in a canopy. The global structure, with an overall height of 2.50 m and a cantilever span of 3.00 m, is subjected to a uniformly distributed load acting on the horizontal beam. The critical section was identified at the upper hinge of the diagonal strut, and the FEM analysis was carried out in this critical region. First of all, a manual validation of the structure and the joint was performed in accordance with the Italian Building Code 2018 (NTC18), which provided the preliminary design of the structural members (IPE270 for the column, IPE220 for the beam, and inverted T profile for the strut) as well as the definition of input parameters for the numerical analysis. Subsequently, the three-dimensional geometry of the joint was modelled with Autodesk Inventor and imported into Straus7 for the Finite Element analysis. The FEM model employed solid elements for the joint geometry, beam elements for additional members, brick elements for mesh discretization, and beam/link elements for the representation of bolts and plane-section conditions. The boundary conditions were defined consistently with the global canopy analysis. A mesh sensitivity study was also carried out to ensure that the obtained results were not dependent on the mesh type or refinement. The comparison between the analytical verification and the numerical results enabled a critical assessment of stress distribution and local failure modes, highlighting the effectiveness of the FEM approach as a support tool in the structural design of bolted steel joints.

La presente tesi affronta l’analisi strutturale ad Elementi Finiti di un giunto metallico di una pensilina. La struttura globale, di altezza complessiva di 2,50 m e braccio sporgente di 3,00 m, è soggetta ad un carico uniformemente distribuito sull’elemento orizzontale. La sezione di collasso è stata individuata in corrispondenza della cerniera superiore della biella diagonale e in suddetta zona è stata condotta l’analisi FEM. Innanzitutto, è stata condotta la verifica della struttura e del giunto ai sensi delle Norme Tecniche per le Costruzioni 2018 (NTC18), utile al dimensionamento preliminare dei profili (IPE270 per la colonna, IPE220 per la trave e T rovescia per la biella) e alla definizione dei parametri di input per l’analisi numerica. Successivamente, la geometria tridimensionale del giunto è stata modellata con Autodesk Inventor e importata in Straus7 per l’analisi agli Elementi Finiti. Il modello FEM ha impiegato elementi solid per la geometria del giunto, beam per tronchi integrativi, brick per la discretizzazione della mesh e beam/link per la rappresentazione dei bulloni e delle condizioni di sezioni piane. Le condizioni al contorno sono state impostate in accordo con l’analisi globale della pensilina. È stata inoltre condotta una verifica di sensibilità della mesh per evitare che i risultati ottenuti fossero dipendenti dalla tipologia e dalla raffinatezza della mesh adottata. Il confronto tra verifica analitica e risultati numerici ha consentito di valutare in modo critico la distribuzione delle tensioni e le modalità di collasso locali, evidenziando la validità dell’approccio FEM come supporto alla progettazione strutturale dei giunti metallici.