Numerical models on innovative steel hollow section joints for truss girders using laser cut technology

This thesis is framed by LASTEICON EU research project on the development of steel joints using laser cut technology aimed at enhancing the economy and sustainability of I-beam-to-CHS-column connections fabrication, by eliminating stiffener plates and reducing the amount of welding. The extendibility of laser cut technology to steel truss girder applications is the kick-off for this dissertation. Based on numerical and parametric analysis of different steel truss girder joint typologies using laser cut technology, the main goal is to retrieve conclusions about its feasibility and give indication to its experimental work package. Taking advantage of laser cut and the possibility of opening precise slots on the face of the chord, the joint typologies studied consisted on the prolongation of the bracing elements of the truss girder to the inside of the chord. These were analysed and stress distribution on the connection was evaluated. Global rigidity of the truss girder is also under interest. Numerical analysis suggests an increase of performance in laser cut joints, in some cases up to 10% reduction of maximum Von Mises stress. Local study shows that it is possible to have similar behaviour of traditional joints with lower values of thickness of the chord if Laser Cut Technologies joints are used. In addition, parametric analysis suggest a higher improvement in structural behaviour for lower values of chord thickness.

Questa tesi è inquadrata dal progetto di ricerca LASTEICON dell'UE sullo sviluppo di giunti in acciaio che utilizza la tecnologia di taglio laser per migliorare l'economia e la sostenibilità della fabbricazione di connessioni a colonna I-beam-to-CHS, eliminando le piastre di irrigidimento e riducendo la quantità di saldatura. L'estensibilità della tecnologia di taglio laser alle applicazioni di travi reticolari in acciaio è il calcio d'inizio per questa dissertazione. Sulla base dell'analisi numerica e parametrica di diverse tipologie di giunti a travatura in acciaio con tecnologia di taglio laser, l'obiettivo principale è quello di recuperare conclusioni sulla fattibilità e fornire indicazioni sul suo pacchetto di lavoro sperimentale. Approfittando del taglio laser e della possibilità di aprire fessure precise sulla faccia della corda, le tipologie articolari studiate consistevano nel prolungamento degli elementi di rinforzo della travata reticolare all'interno della corda. Questi sono stati analizzati e la distribuzione dello stress sulla connessione è stata valutata. Anche la rigidità globale del traliccio è interessata. L'analisi numerica suggerisce un aumento delle prestazioni nelle articolazioni tagliate al laser, in alcuni casi fino al 10% di riduzione dello sforzo massimo Von Mises. Lo studio locale mostra che è possibile avere un comportamento simile delle articolazioni tradizionali con valori inferiori di spessore della corda se vengono utilizzati giunti Laser Cut Technologies. Inoltre, l'analisi parametrica suggerisce un miglioramento maggiore nel comportamento strutturale per valori inferiori dello spessore della corda.