ANALISI STRUTTURALE DELLA TRAVE PORTA-PARANCO IN ACCIAIO (sala C LNGS - INFN)

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1 ANALISI STRUTTURALE DELLA TRAE PORTA-PARANCO IN ACCIAIO (sala C LNGS - INFN) SALA C SALA A SALA B Ing. FRANCESCO POTENZA Ing. UBERTO DI SABATINO 1

2 1. PREESSA La presente relazione illustra i risultati delle analisi svolte per valutare il comportamento di una trave in acciaio collocata nella sala C delle gallerie sotterranee dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. La struttura in esame è una trave HEB200 appoggiata su due travi trasversali con interasse di 321 cm e avente uno sbalzo di 150 cm. Questa trave deve sostenere un carico di progetto pari a 5000 kg applicati all estremo dello sbalzo. L analisi delle prestazioni strutturali è stata effettuata utilizzando il programma di calcolo IDAS/Gen 2.1. Nel presente lavoro si esegue un Analisi Statica Lineare ritenuta, nel caso in esame, sufficiente a descrivere con adeguata approssimazione il comportamento strutturale della trave. Le sollecitazioni ottenute da tale modello verranno utilizzate per effettuare le verifiche secondo l attuale normativa (NTC2008). 2. NORATIE D.. Infrastrutture 14 Gennaio 2008 Norme tecniche per le costruzioni Testo Unico; Circolare 2 Febbraio 2009 n.617 Consiglio Superiore dei Lavori Pubblici Istruzioni per l applicazione delle Nuove Norme tecniche per le costruzioni di cui al decreto ministeriale 14 gennaio 2008; Ordinanze del Presidente del Consiglio dei inistri; 2

3 3. DESCRIZIONE DELLA STRUTTURA La trave in esame è collocata nella sala C delle gallerie sotterranee dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. In questo paragrafo sono descritte le caratteristiche geometriche e i materiali delle parti strutturali nonché i carichi agenti sulla struttura stessa. La trave presenta un profilo di tipo HEB200 con uno sbalzo di 150 cm, ed il materiale con cui è realizzata è l acciaio S235. Tale trave è appesa tramite delle morse e saldature a due travi distanziate di 321 cm (vedere figura 1). a) b) Figura 1. ista 3D della trave HEB200, evidenziata in rosso, da verificare. a) Condizione di carico 1; b) condizione di carico 2. La struttura dovrà essere dimensionata e verificata per sostenere un carico di 5000 kg. Tale carico sarà applicato direttamente alla trave tramite un carico puntiforme. Per studiare il comportamento strutturale sono stati considerati nella fase di calcolo due differenti condizioni di carico: 1) Il carico da 5000 kg è applicato all estremo della mensola (figura 1a); 2) Il carico da 5000 kg è applicato in mezzeria allo spezzone di trave che si appoggia alle due travi trasversali (figura 1b). Nella tabella successiva sono riportate le caratteristiche del materiale utilizzato per la trave: Tabella 1. Caratteristiche meccaniche dell acciaio S235. Peso specifico odulo elastico Coefficiente di Poisson Tensione di snervamento [N/m 3 ] [N/m 2 ] [N/mm 2 ] S ,10E+11 0,

4 4. ODELLAZIONE DELLA STRUTTURA In questo paragrafo si analizzano sia le tensioni che le sollecitazioni massime agenti sulla trave in esame. Lo studio è stato effettuato attraverso modelli realizzati mediante il programma agli elementi finiti IDAS/Gen 2.1. L analisi della struttura è stata effettuata andando a modellare la trave con elementi monodimensionali di tipo beam. Il carico di 5000 kg è stato applicato considerando le due condizioni di carico, vedere figura 1; mentre tutti i nodi sono stati lasciati liberi a meno di quelli in corrispondenza delle due travi trasversali su cui la trave si poggia ai quali è stato assegnato un vincolo di appoggio (vedi figura 2.). a) b) Figura 2. odellazione della trave in esame secondo i due casi di carico. 4

5 ANALISI STATICA Nelle figure sottostanti sono riportate l andamento delle tensioni e le deformate sotto le due condizioni di carico. - Andamento delle tensioni: Figura 3. Tensioni principali elementi beam elementi monodimensionali (Condizione di carico 1). Unità di misura kg/cm 2. Figura 4. Tensioni principali elementi beam elementi monodimensionali (Condizione di carico 2). Unità di misura kg/cm 2. 5

6 - Deformata: Figura 5. Deformata (condizione di carico 1). Unità di misura cm. Figura 6. Deformata (condizione di carico 2). Unità di misura cm. Come si può notare dalla figura , la condizione di carico più sfavorevole è la condizione 1, in quanto per essa si hanno le tensioni maggiori. In particolare la zona alla base della mensola è quella in cui si hanno le tensioni più elevate (circa 1300 kg/cm 2 ) comunque inferiori alla tensione ammissibile di un acciaio S235 che è pari circa a 1600 kg/cm 2. 6

7 ERIFICHE SECONDO IL D.. 14/01/2008 Le verifiche degli elementi strutturali in acciaio saranno effettuate facendo riferimento alle prescrizioni del D.. 14/01/2008 (NTC2008) e le indicazioni fornite dalla relativa circolare del 26/02/2009. La trave risulta sollecitata da flessione retta e taglio. In accordo a quanto previsto dalle NTC2008 (vedi cap ) si dovranno effettuare le seguenti verifiche: - ERIFICA A FLESSIONE RETTA Il momento flettente di calcolo Ed deve rispettare la seguente condizione: Ed 1 La resistenza di calcolo a flessione retta della sezione vale: pl, W pl γ f 0 yk Nel caso in esame, come si può notare dalle figure 7 e 8, il momento flettente massimo si ha per la condizione di carico 1 ed è pari a Ed 74,23 knm. Figura 7. Andamento momento flettente sollecitante (condizione di carico 1). Unità di misura knm. Figura 8. Andamento momento flettente sollecitante (condizione di carico 2). Unità di misura knm. 7

8 entre il momento flettente resistente è pari a 127,57 knm. Quindi in definitiva si ha: Ed 0,582 < 1 Quindi la verifica a flessione retta si può ritenere soddisfatta. - ERIFICA A TAGLIO Il valore di calcolo dell azione tagliante Ed deve rispettare la condizione: Ed 1 Dove la resistenza di calcolo a taglio, in assenza di torsione, vale: A f v yk 3 γ 0 Anche per il taglio, come si può notare dalle figure 9 e 10, il taglio sollecitante massimo si ha per la condizione di carico 1 ed è pari a Ed 50kN. Figura 9. Andamento taglio sollecitante (condizione di carico 1). Unità di misura kn. Figura 10. Andamento taglio sollecitante (condizione di carico 2). Unità di misura kn. 8

9 entre il taglio resistente è pari a 372,14 kn. Quindi in definitiva si ha: Ed 0,134 < 1 Quindi la verifica a taglio si può ritenere soddisfatta. 5. CONCLUSIONI In conclusione dalle analisi effettuate si evince come la trave sia verificata per supportare un carico concentrato di 5 tonnellate. 9

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