Tubular steel structures under static loading-design of rectangular hollow sections (RHS) joints

Over the past few decades, the use of hollow section profiles in steel construction has increased due to their advantages over open sections, such as good compression and torsional behavior. Joint design is an important part of the of tubular structures design. The aim of the study is to implement a quick procedure to evaluate the ultimate resistance of rectangular hollow section (RHS/SHS) joints according to the Eurocode 3 and compare the differences between the current standard and the soon-to-be-effective updated version (i.e., EN 1993-1-8:2005 and prEN 1993-1-8:2021, respectively). Based on the formulas in the two norms, joint safety verifications were implemented in an Excel/VBA sheet and calibrated using examples from the literature. Geometry-based hypotheses were used to update the formulas for joints' governing failure modes, and information on the tested joint geometries was used to create the corresponding design charts. A case study was performed to confirm the benefits of using design charts. The results showed that the resistance values derived from the charts are marginally lower than those derived from the corresponding norm formulas. Additionally, it has been found that the stability of the joints is affected if higher steel grade elements are used. When comparing the joint design resistances between the two Eurocode versions, the results of the second generation of the Eurocode EN 1993-1-8 have an overall reduction.

Negli ultimi decenni, l’uso di profili tubolari nelle costruzioni in acciaio è aumentato grazie ai loro vantaggi rispetto alle sezioni aperte, come il buon comportamento a compressione e torsione. La progettazione dei giunti è parte importante della progettazione delle strutture tubolari. Il presente studio si propone di implementare un metodo rapido per la valutazione della resistenza dei giunti a sezione rettangolare (RHS/SHS) secondo l’Eurocodice 3 e di confrontare le differenze tra la norma corrente e la nuova versione prossima all’entrata in vigore (i.e., EN 1993-1-8:2005 e prEN 1993-1-8:2021, rispettivamente). Sulla base delle formule contenute nelle due norme, le verifiche di sicurezza dei giunti sono state implementate in un programma Excel/VBA, poi calibrato con esempi disponibili in letteratura. Successivamente, ipotesi geometriche sono state considerate per riscrivere le formule corrispondenti ai modi di rottura condizionanti e i dati riguardanti i giunti verificati sono stati utilizzati per ottenere i rispettivi grafici di progettazione. È stato poi considerato un caso studio per verificare i vantaggi dell’utilizzo dei suddetti grafici. I risultati hanno mostrato che i valori di resistenza così ottenuti sono marginalmente inferiori a quelli derivati dalle rispettive formule in normativa. È stato inoltre dimostrato che l’utilizzo di profili tubolari in acciai a più alta resistenza, il cui spessore è conseguentemente ridotto, determina una riduzione delle resistenze dei giunti, rendendoli più condizionanti nella progettazione strutturale. La valutazione comparativa tra le resistenze di progetto dei giunti con le due edizioni dell'Eurocodice 3 ha mostrato una riduzione generalizzata delle resistenze ottenute utilizzando la seconda generazione dell'Eurocodice.