Costruzioni di acciaio: materiale e verifiche di resistenza e stabilità

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1 Costruzioni di acciaio: materiale e veriiche di resistenza e stabilità Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Università degli Studi di Firenze

2 Costruzioni di acciaio Acciaio per strutture metalliche Prescrizioni speciiche per acciai da carpenteria in zona sismica

3 Acciaio laminato Nei componenti strutturali e nei collegamenti delle costruzioni in acciaio i tre tipi di acciaio Fe360, Fe430 e Fe510 assumono la nuova dicitura S35, S75, S355. A questi tipi di acciaio si aggiunge l acciaio ad alta resistenza S460. Prescrizioni speciiche per acciai da carpenteria in zona sismica Per i valori caratteristici della tensione di rottura tk e della tensione di snervamento yk si assumono a avore della sicurezza i valori nominali: y =R eh e t =R m riportati nelle norme di prodotto. Richieste aggiuntive già introdotte dall Ordinanza 374: qualora l acciaio impiegato sia di qualità diversa da quella prevista in progetto si dovrà procedere ad una ricalcolazione della struttura per dimostrarne l adeguatezza

4 Costruzioni di acciaio Veriiche Veriiche agli stati limite ultimi Resistenza delle membrature

5 Resistenza di calcolo Resistenza di calcolo delle membrature R d : R k = valore caratteristico della resistenza (N Ed, M Ed, V Ed, etc.) della membratura, determinata dai valori caratteristici della resistenza del materiale yk e dalle caratteristiche geometriche degli elementi strutturali, dipendenti dalla classe della sezione. Veriica Coeiciente parziale di sicurezza del materiale Resistenza delle Sezioni di Classe M0 =1,05 Resistenza all instabilità delle membrature M1 =1,05 Resistenza all instabilità delle membrature di ponti stradali e erroviari Resistenza, nei riguardi della rattura, delle sezioni tese (indebolite dai ori) R d R γ k M M1 =1,10 M =1,5

6 Osservazione su M Incertezza nei valori rappresentativi delle azioni Incertezza di modello nelle azioni e negli eetti delle azioni Incertezza di modello nella resistenza strutturale Sd Rd F comprensivi delle incertezze di modello Incertezza nei valori rappresentativi delle resistenze m M Rd = 1,05 m = 1,00

7 Le veriiche di resistenza dipendono dalla classe delle sezioni Veriica in campo elastico (applicabile a tutte le classi), Ed z, Ed z, Ed x, Ed 3 Ed yk / M 0 x (4..5) Trazione N Ed /N t,rd 1 Qualora il progetto preveda la gerarchia delle resistenze, come avviene in presenza di azioni sismiche, la resistenza plastica della sezione lorda, N pl,rd, deve risultare minore della resistenza a rottura delle sezioni indebolite dai ori per i collegamenti, N u,rd.

8 Compressione N Ed /N c,rd 1 dove N c,rd =A yk / M0 per sezioni di classe 1, e 3 N c,rd =A e yk / M0 per sezioni di classe 4 non è necessario dedurre l area dei ori per collegamenti bullonati o chiodati, purché in tutti i ori siano presenti gli elementi di collegamento e non siano presenti ori sovradimensionati o asolati.

9 Flessione retta (o monoassiale) M Ed /M c,rd 1 dove M c,rd =M pl,rd =W pl yk / M0 per sezioni di classe 1 e M c,rd =M pl,rd =W el,min yk / M0 per sezioni di classe 3 M c,rd =M pl,rd =W e,min yk / M0 per sezioni di classe 4 W e,min è calcolato eliminando le parti della sezione inattive a causa dei enomeni di instabilità locali M / W el,min M / W pl y y M / W el,max M / W pl

10 Flessione retta (o monoassiale) in presenza di giunti bullonati Si può trascurare la presenza dei ori se è veriicata la seguente condizione: dove 0, 9 A γ,net M A = area della piattabanda A,net = area netta della piattabanda tk A γ M 0 yk A, net 0,603 0,591 0,643 A A A ( S35) ( S75) ( S355)

11 Taglio V Ed /V c,rd 1 dove V c,rd =A v yk /(3 M0 ) A v = area resistente a taglio Come si calcola l area resistente a taglio? per proilati ad I e ad H caricati nel piano dell anima A v =A bt +(t w +r)t per proilati a C o ad U caricati nel piano dell anima A v =A bt +(t w +r)t per proilati ad I e ad H caricati nel piano delle ali A v A h t w w

12 Taglio Come si calcola l area resistente a taglio? per proilati a T caricati nel piano dell anima A v per proilati rettangolari cavi proilati a caldo di spessore uniorme Ah b h per carico parallelo altezza proilo A v 0, 9 A bt A v Ab b h per carico parallelo base proilo per proili circolari cavi e tubi di spessore uniorme A v A

13 Taglio La veriica a taglio può essere eseguita in termini tensionali (veriica elastica) nel punto più sollecitato della sezione Ed 3 0 yk M dove Ed è valutata in campo elastico lineare 1,0 (4..7)

14 Flessione composta biassiale (N, M y,m z ) per le sezioni ad I o ad H di classe 1 e doppiamente simmetriche, soggette soggette a presso o tenso lessione biassiale, la condizione di resistenza può essere valutata come con n = N Ed /N pl,rd 0,

15 Flessione deviata per n < 0, e comunque per sezioni generiche di classe 1 e, la veriica può essere condotta cautelativamente controllando che

16 Stabilità delle membrature Aste compresse Le NTC008, così come l EC3, esprimono la snellezza di un asta in orma adimensionale come rapporto tra la snellezza λ (λ=l 0 /ρ min ) e la snellezza critica λ cr : cr A N cr yk 00 membrature 50 membrature principali secondarie casi nei quali si può omettere la veriica di stabilità di un asta compressa: 0, oppure N Ed 0,04 N cr

17 Stabilità delle membrature Aste compresse N b, Rd A M1 yk per le sezioni di classe 1, e 3 N b, Rd dove: A e M1 1 yk per le sezioni di classe 4 1,0 con,5 1 0, 0 dove il parametro α è il attore di imperezione curva a 0 a b c d 0,13 0,1 0,34 0,49 0,76

18 dipende dalla snellezza adimensionale e dal tipo di sezione

19 C Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli o imbottiture La veriica di aste composte costituite da due o quattro proilati, vedi Figura C4..10, posti ad un intervallo pari alle spessore delle piastre di attacco ai nodi e comunque ad una distanza non superiore a 3 volte il loro spessore e collegati con calastrelli o imbottiture, può essere condotta come per un asta semplice, trascurando la deormabilità a taglio del collegamento, se gli interassi dei collegamenti soddisano le limitazioni: 15 i min 70 i min

20 C Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli o imbottiture Se non si rispettano le limitazioni viste, è possibile determinare un appropriata snellezza equivalente dell asta ricorrendo a normative di comprovata validità (ad es. CNR 10011): eq y 1 (per elementi ravvicinati collegati da imbottiture) C Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli o imbottiture Nel caso di angolari a lati disuguali, tipo (6) di Figura C4..10, l instabilità dell asta con inlessione intorno all asse y di Figura C4..10 può essere veriicata considerando un raggio d inerzia i y i 0 1,15 dove i 0 è il raggio d inerzia minimo dell asta composta. (C4..9)

21 dove: Stabilità delle membrature.. Aste inlesse M b, Rd LT 1 LT W LT y yk M1 1 LT LT 1,0 1 1 LT Wy yk LT LT 0,5 1 LT LT LT,0 LT M cr M cr (C4..30) L cr EJ y GJ T 1 L cr EJ GJ T nelle NTC008 compare per errore

22 Stabilità delle membrature.. Aste inlesse 1,75 1,05 (C4..31) M M M 0,3 La costante di ingobbamento per proili ad H o doppio T è deinita come: J = J z (h-t ) / 4 B B M M A B A M A 1,13 1,85 1,365

23 Stabilità delle membrature.. Aste inlesse = 1 (0,75 per sezioni laminate e composte saldate) LT,0 =0, (0,4 per sezioni laminate e composte saldate) a b c d LT 0,1 0,34 0,49 0,76 1 1,0 0,8 1 0,5 k c LT

24 Fattore correttivo k c casi nei quali si può omettere la veriica a svergolamento [6.3..(4) EC3-1-1]: LT LT,0 oppure M M Ed cr LT,0

25 Aste presso-inlesse Metodo A Circolare (C4..3) se il momento lettente varia lungo l asta si assume, per ogni asse principale di inerzia, M eq,ed = 1,3 M m con la limitazione 0,75 M max,ed M eq,ed M max,ed M eq,ed = 0,6 M A 0,4 M B 0,4 M A (con M A M B )

26 se il momento lettente varia con legge lineare si ha: M A M B M eq,ed = 0,6 M A 0,4 M B 0,4 M A (con M A M B ) Aste presso-inlesse in presenza di instabilità lesso-torsionale