Acciaio

UNIVERSITA’ DELLA CALABRIA DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA CIVILE CORSO DI LAUREA SPECIALISTICA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA EDILE - ARCHITETTURA CORSO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI

COSTRUZIONI IN ACCIAIO

Prof. G. SPADEA

A.A. 2013/2014 I Semestre

Acciaio è il nome dato ad una lega composta principalmente da ferro e carbonio, quest'ultimo in percentuale non superiore al 2,06%: oltre tale limite, le proprietà del materiale cambiano cambiano e la lega assume la denominazione di ghisa.

Il comportamento meccanico delle strutture metalliche è fortemente condizionato dalle proprietà del materiale acciaio, che presenta buona resistenza tanto a trazione quanto a compressione, oltre ad elevata tenacità ed adattabilità plastica. La struttura in acciaio nasce dall’assemblaggio di pezzi monodimensionali (profilati) o bidimensionali (lamiere) prodotti prodotti per lo più in luogo diverso da quello di fabbricazione delle strutture.

VANTAGGI Semplicità e maggior affidabilità di modellazione: in fase di calcolo strutturale, il comportamento statico delle membrature in acciaio non risente delle incertezze di comportamento dei materiali, esecuzione e modellazione, come avviene nelle costruzioni in c.a, quindi più bassi sono i valori dei coefficienti di sicurezza. Rapidità di esecuzione: realizzazione degli elementi strutturali in officina e montaggio in cantiere degli stessi. Re-impiego: possibilità di trasformazione delle strutture. Ottima risposta alle azioni dinamiche Elevato grado di efficienza

SVANTAGGI Instabilità Elevata deformabilità Degrado per corrosione Vulnerabilità maggiore nei confronti del fuoco

Semplificazioni delle giunzioni rispetto al c.a.

Eccessive semplificazioni possono portare a strutture labili.

PROVA DI TRAZIONE

FORME E TIPI DEI PRODOTTI DA CARPENTERIA

TIPI DI ACCIAIO

Per t minore o uguale a 40 mm le resistenze (snervamento) sono maggiori in quanto il processo di laminazione elimina eventuali di fetti.

S.L.U.

S.L.E.

(Cap. 4 NTC2008)

CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI

CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI

Le sezioni più comunemente usate in carpenteria metallica cioè IPE ed HE sono di classe 1

CAPACITA’ RESISTENTE DELLE SEZIONI

METODI DI ANALISI GLOBALE E RELATIVI METODI DI CALCOLO DELLE SEZIONI

(Cap. 4 NTC2008)

(E)

Elastico

(P) (EP)

Plastico Elasto-plastico

RESISTENZA DI CALCOLO DEGLI ACCIAI DA CARPENTERIA

Per le verifiche di resistenza delle sezioni delle membrature, si adottano i fattori parziali deve essere impiegato qualora si eseguano verifiche di elementi tesi nelle zone di unione delle membrature indebolite dai fori.

VERIFICA DEL MATERIALE ACCIAIO IN CAMPO ELASTICO

CRITERIO DI VON MISES

VALE SOLO IN CAMPO ELASTICO! La verifica in campo plastico richiede che si determini una distribuzione di tensioni interne “staticamente ammissibile”, cioè in equilibrio con le sollecitazioni applicate (N, M, T, ecc.) e rispettosa della condizione di plasticità.

Stato tensionale piano

CRITERI DI RESISTENZA









Si determinano le tre tensioni principali:


MEMBRATURE TESE

TRAZIONE (S.L.U.)

Tensione costante

Arco a tre cerniere

FLESSIONE (S.L.U.)

FLESSIONE (S.L.U.) Per una sezione simmetrica, supponendo un materiale dotato di deformabilità illimitata

Sezione simmetrica

Sezione non simmetrica Rispetto a G si ha stesso momento statico. Rispetto ad H si ha stessa area delle due parti di sezione

Rispetto a G si ha stessa area e stesso momento statico delle due parti di sezione

Asse neutro elastico Asse neutro plastico

Momento statico uguale a 0 rispetto all’asse baricentrico Divide la sezione in due parti di area uguale

FLESSIONE (S.L.U.) Supponiamo di considerare un materiale rigido plastico.  ( )

 f y  segn ( )  f y  segn (  z )

conservazione sezioni piane    z

1  segn( )  0  1 

per ε > 0 per ε = 0 per ε < 0

Il momento risultante delle tensioni plastiche risulta:

   M pl    ( z )  zda  f y  segn(  z )  zda  f y  zda   zda   f y S y  S y   f y  W pl    A A  A  A W pl  S y  S y

Modulo di resistenza plastico della sezione

Per sezioni simmetriche

S y   S y

W pl  2 S y

Il momento al limite elastico che produce lo snervamento della fibra più sollecitata è pari a: M yl  f y

I y z max

 f y  W E

WE è detto modulo di resistenza a flessione della sezione

FLESSIONE (S.L.U.) Applicazione: sezione rettangolare. z

La sezione è simmetrica e quindi l’asse neutro plastico passa per G G h

y

W E 

bh2 6

2  h  h  bh S y  b    8  2  4 



b

M pl M yl



f y  W pl f y  W E



W pl W E



bh2 4



W pl  2S y  

6 bh2

bh2 4

 1.5

In una sezione rettangolare il momento di completa plasticizzazione è il 50% maggiore del momento di primo snervamento. Per le sezioni a doppio T, tale rapporto dipende dagli spessori t w e tf e dal rapporto b/h. In generale tale rapporto è circa 1,10. Per poter sviluppare l’intero momento plastico le sezioni devono raggiungere elevate curvature che corrispondono ad elevate deformazioni. La notevole duttilità degli acciai impiegati nelle costruzioni garantisce che il materiale sia in grado di sopportare le deformazioni richieste; tuttavia per deformazioni di compressione non sempre questo è possibile a causa dell’insorgere di fenomeni di i nstabil ità .

Instabilità

Perdita di resistenza prima che il materiale abbia raggiunto la completa plasticizzazione

MEMBRATURE INFLESSE

CONFRONTO DELLA RESISTENZA A FLESSIONE AL VARIARE DELLA SEZIONE

Si vuole confrontare l’effetto del momento flettente considerando tre sezioni che hanno la stessa area ma diversa morfologia.

(30*40 3)/12

Rispetto al valore del momento d’inerzia della sezione rettangolare si ha:

Questo implica che:

e

VERIFICHE DI RESISTENZA (S.L.E.)



Con riferimento al diagramma approssimato delle tensioni tangenziali

VERIFICHE DI DEFORMABILITA’ (S.L.E.)



Applicazione: verifica (S.L.U e S.L.E.) di una trave appoggiata

Pre-dimensionamento:

Applicazione: verifica (S.L.U e S.L.E.) di una trave appoggiata

MEMBRATURE COMPRESSE

Trave reticolare

MEMBRATURE COMPRESSE

In generale una normale verifica di resistenza non si effettua praticamente mai, poiché il comportamento di un’asta compressa è essenzialmente condizionato dal fenomeno dell’instabilità.

MEMBRATURE COMPRESSE Nelle verifiche classiche di resistenza abbiamo a che fare con condizioni di equilibrio stabile. Questo non accade nel caso delle aste compresse snelle. Per le colonne destinate a sopportare sforzi di compressione si adottano generalmente i profili indicati di seguito.

MEMBRATURE COMPRESSE Problema dell’instabilità

x è la direzione di massima debolezza Inflessione attorno all’asse y



E’ opportuno limitare la snellezza al valore di 200 per le membrature principali ed a 250 per le membrature secondarie





MEMBRATURE COMPRESSE Applicazione: verifica di una colonna compressa

La curva di instabilità (considerando l’instabilità rispetto all’asse y-y) da considerare è la c con α=0,49



TAGLIO

Von Mises

Consideriamo solo l’anima

TAGLIO

 Ed



T Ed  S x* I x  b

TORSIONE

TEd T Rd 



J 0 

 3



TEd

f yk 3   M 0

T Rd  2    s

2.60 0.45  h / b Nel caso di presenza contemporanea di diverse azioni (S.L.U.) si rimanda al paragrafo 4.2.4.1.2 del D.M. 2008

f yk 3   M 0

FATICA

Variazione di tensioni nel tempo.

Se N è basso la rottura avviene per resistenza

Se N è alto la rottura avviene per una tensione più bassa di quella di snervamento (rottura).

Analiticamente il problema viene risolto utilizzando le Curve di Whöler

COLLEGAMENTI

COLLEGAMENTI: UNIONI BULLONATE





Nella prima fase, sotto l’azione della forza F, non si registrano spostamenti apprezzabili all’aumentare della forza. In corrispondenza di un certo valore Ft della forza, il comportamento cambia in maniera brusca e cioè lo spostamento aumenta in maniera consistente, senza che la forza esterna aumenti. A questo punto è stata superata la resistenza per attrito originata dalla forza di serraggio. L’incremento di spostamento a forza costante si ferma quando la superficie del bullone viene a contatto con la parete interna del foro nel quale è inserito. Appena il bullone viene a contatto con la parete del foro, lo stesso inizia ad opporsi allo spostamento relativo, non più per effetto dell’attrito ma per effetto del taglio, lavorando sostanzialmente come un perno. Per ulteriori spostamenti relativi la forza applicata deve aumentare, fino ad arrivare ad un valore F u oltre il quale si ha la crisi definitiva dell’unione bullonata. Quindi in sintesi si distinguono due fasi: nella prima fase il bullone lavora per attrito; nella seconda l’unione bullonata lavora a taglio.


COLLEGAMENTI: UNIONI BULLONATE Verifiche delle unioni bullonate

(Unioni precaricate)


Una volta vinta la resistenza per attrito, in una unione bullonata possono verificarsi i seguenti meccanismi di crisi: 1. rottura della lamiera per trazione; 2. rottura del bullone per taglio; 3. rottura per rifollamento; 4. rottura della lamiera per taglio.








I simboli in tabella fanno riferimento alla figura riportata nella slide successiva.


COLLEGAMENTI: UNIONI BULLONATE Applicazione: dimensionamento e verifica di una unione bullonata





prec.)

prec.)


20 kN

COLLEGAMENTI: UNIONI SALDATE

COLLEGAMENTI: UNIONI SALDATE Classificazione

(a) I collegamenti testa a testa, a T e a croce a piena penetrazione sono generalmente realizzati con materiali d’apporto aventi resistenza uguale o maggiore a quella degli elementi collegati. Pertanto la resistenza di calcolo dei collegamenti a piena penetrazione si assume eguale alla resistenza di progetto del più debole tra gli elementi connessi. Una saldatura a piena penetrazione è caratterizzata dalla piena fusione del metallo di base attraverso tutto lo spessore dell’elemento da unire con il materiale di apporto. (b) I collegamenti testa a testa, a T e a croce a parziale penetrazione vengono verificati con gli stessi criteri dei cordoni d’angolo. (c) Nelle giunzioni a cordoni d’angolo, il collegamento avviene mediante la realizzazione di cordoni di saldatura attraverso i quali debbono passare le forze che le due parti, non direttamente collegate, si scambiano. Se il materiale di apporto ha caratteristiche meccaniche non inferiori a quelle dei pezzi collegati, le unioni a completa penetrazione si trattano come se l’oggetto saldato fosse costituito da un unico elemento.

COLLEGAMENTI: UNIONI SALDATE Verifiche per le unioni a cordone d’angolo e a parziale penetrazione

Sezione di gola

Sezione di gola ribaltata



COLLEGAMENTI: UNIONI SALDATE Calcolo delle tensioni


t

n


n

t n

t


n

n t

t

t n

COLLEGAMENTI: UNIONI SALDATE Sollecitazioni di torsione


La superficie resistente è una poiché su un lato si ha trazione mentre sull’altro sull’altro compressione, che per il collegamento diventano azioni tangenziali

t

t


M=Fxe


Acciaio

Recommend Documents