Costruzioni metalliche bontempi 2015 - aspetti elementari

ASPETTI ELEMENTARI:materiali - sezioni - elementi

Corso di Costruzioni Metalliche

Prof. Ing. Franco Bontempi

Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale

Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza

127/09//2015

STRUCTURAL SYSTEM

27/09//2015Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it2

Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it27/09//2015 3

franco.bontempi@uniroma1.it27/09//2015 4

5Costruzioni Metalliche

franco.bontempi@uniroma1.it

527/09//2015

ELEMENTI E COMPONENTI

STRUTTURALI

ORGANIZZAZIONE

Le relazioni stabili di funzione, funzionalità

e topologia che danno significato agli

elementi indipendentemente dalla loro specificità.

STRUTTURA

Elementi specifici che tramite le relazioni

strutturali formano una configurazione persistente nel

SISTEMA

Struttura durevole di elementi organizzati, che

viene osservata come unità che presenta

caratteristiche emergenti.

27/09//2015

ELEMENTI E COMPONENTI

STRUTTURALI

ORGANIZZAZIONE

Le relazioni stabili di funzione, funzionalità

e topologia che danno significato agli

elementi indipendentemente dalla loro specificità.

STRUTTURA

Elementi specifici che tramite le relazioni

strutturali formano una configurazione persistente nel

SISTEMA

Struttura durevole di elementi organizzati, che

viene osservata come unità che presenta

caratteristiche emergenti.Costruzioni Metalliche

Analisi e Progetto

Processo di analisi e processo di sintesi (1)

CALCOLO

RISULTATI

MODIFICA

CALCOLO

RISULTATI

TESTSI’ NO

Pre-processing

Post-processing

Processo di analisi e processo di sintesi (2)

MODIFICA

CALCOLO

RISULTATI

TESTSI’ NO

Analisi / Sintesi

STRUCTURAL

QUALITY

- design life

- railway

runability

- highway

runability

- free channel

- robustness

- durability

- management

GLOBAL

GEOMETRY

TOPOLOGY

- suspension system

- towers

- towers foundation

- anchor system

- main deck

- deck landing

GLOBAL GEOMETRY

- main span

- sx span

- dx span

SECTIONAL GEOMETRY

- continuous girder sections

- transverse section

- main cables

- hangers

- towers

- secondary elements

MATERIALS

CHARACTERISTICS

- girders

- cables

SYNTHESIS OF

STRUCTURAL

SOLUTION

DOCUMENTATION

BOUNDARY

CONDITIONS

CONSTRAINTS:

rigid and elastic

constraints,

imposed

displacements

NATURAL

ACTIONS

- temperature

- wind

- earthquake

ANTROPIC

ACTIONS

a) permanent

loading

system

b) variable

- railway

- highway

c) accidental

BASIC STRUCTURAL

CONFIGURATION

PARAMETERS

- individuation

- definition

- uncertainty

- description

- bounding

GLOBAL

MODELING

MODELING WITH

DYNAMIC INTERACTION

ALTERNATIVE STRUCTURAL

CONFIGURATIONS

GLOBAL

OPTIMIZATION

- topology

- morphology

- parametric

OPTIMIZATION

- girders section

- transverse

section

- restraint zone

EXPERT AND

FIXED CHOICES

MEASURES

a) qualitative

b) materials volumes

c) serviceability

- modal characteristics

- deflections

- deformations

- reversibility

d) collapse scenarios

- collapse characteristics

- robustness

e) accidental scenarios

- configurations

- risks

DETAILED

MODELING

EXTENDED

MODELING

Numerical Modeling for the

Structural Analysis and Design of

MESSINA STRAIT BRIDGE:

subdivision and development of activities.

FB - june 6, 2005 / franco.bontempi@uniroma1.it

Requisiti

Requisiti strutturali

• Condizioni di esercizio: • Rigidezza

• Condizioni ultime: • Resistenza

• Stabilita’

• Duttilita’

• Durabilita’

• Condizioni estreme:• Robustezza

• Resilienza

• Configurazione nominaledella struttura

• Configurazione danneggiatadella struttura

Robustezza strutturale e durabilita’ nel tempo.

Misura di danno o di errore

Capacità

prestazionale

Situazione

nominale

Degrado

prestazionale

Capacità

prestazionale

Situazione

nominale

Degrado

prestazionale

Misura del tempo o dell’uso

Robustness / Durability

RESILIENCE

Valori

Semplicità

• Il criterio più generale di progetto riguarda lasemplicità: per l’Ingegneria questo è un valorefondamentale, perché pone i fondamenti per lacertezza di comportamento.

• Questo vale diventa, quindi, una strategia globaleper non introdurre ulteriori complessità in unambiente già di per se altamente incerto.

Regolarità geometrica e simmetria

• La regolarità geometrica riguarda la disposizione in pianta ed in elevazione della struttura; è consigliata l’adozione di una configurazione geometrica chiara, lineare, con limitate eccentricità e variazioni brusche di masse o rigidezze, con possibili simmetrie e ripetizioni.

• Questo e’ un criterio che riguarda tutte le scale strutturali, dai componenti all’intera struttura: si pensi alle connessioni delle aste nelle strutture reticolari al fine di evitare sollecitazioni parassite o alla disposizione di un intero edificio.

Iperstaticità e ridondanza

• La ridondanza strutturale consiste nel prevedere la duplicazione dei percorsi e dei meccanismi resistenti, ponendoli in parallelo, in modo da assicurare la sicurezza globale dell’opera anche in caso di crisi da parte di un sistema resistente, per mezzo della ridistribuzione dei percorsi di carico. A questa si accosta il concetto di iperstaticità, che consiste nel progettare strutture con vincoli ed interconnessioni sovrabbondanti rispetto alla quantità strettamente necessaria.

• Entrambi i criteri assumono un importante ruolo nel governo del comportamento strutturale, indirizzando nelle dovute forme le modalità di collasso.

Prevedibilità nel tempo

• Riguarda la necessità di utilizzare materiali, componenti o soluzioni il cui comportamento sia il più possibile prevedibile.

• Anche in questo caso, alterazioni brusche ed imprevedibili dei comportamenti meccanici di materiali e componenti, che si ripercuotano sulla risposta strutturale complessiva, non possono essere accettabili.

Principio di precauzione

• Il criterio si rivolge alla scelta dei materiali e prodotti strutturalida usare nelle opere affinché si possa garantire il rispetto deirequisiti precedentemente indicati. Nel caso si scelganomateriali e prodotti non esplicitamente citati nelle norme sirichiede che tali materiali possano essere impiegati solo se ilproduttore ne garantisce prestazioni in linea con quantorichiesto dalla norma stessa.

• Per poter essere utilizzato ai fini strutturali, un materiale o uncomponente devono avere caratteristiche geometriche,chimiche, fisiche e meccaniche, certe. In termini più generali, sifa riferimento all’attenzione che si deve rivolgere all’ambiente.

Materiale

Monotono

Titolazione

Legame costitutivo elementare

True vs. Engineering Stress

Asimmetria trazione - compressione

Legame costitutivo elementare

http://www.learneasy.info/MDME/MEMmods/MEM30007A/properties/Properties.html

Laminazione

Effetto dello spessore

Anisotropia di lavorazione

Tenacità / Resilienza

La tenacità è una misura della quantità di energia che un materiale è in grado di assorbire prima di giungere a rottura

Stress-strain curves for brittle and ductile materials. Brittle materials fracture at low

strains and absorb little energy. Conversely, ductile materials fail after significant plastic

strain (deformation) and absorb more energy. Note that in this idealised example, the yield

and ultimate tensile stresses are the same for both materials; brittle or ductile behaviour are

not necessarily related to strength.

Pendolo di Charpy

http://www.promozioneacciaio.it/cms/it6041-norma-en-1090.asp

Effetto della temperatura (alta)

https://www.youtube.com/watch?v=l3V00vZtppg&feature=youtu.be

Effetto della temperatura (bassa)

Effetto della velocità di carico

Non monotono

Carichi non monotonici

Isotropic Hardening

Kinematic Hardening

http://www.civil.canterbury.ac.nz/ruaumoko/hystresis.html

Shakedown (E-P) - Ratcheting

Shakedown(P)

Ratcheting

Reverse Plasticity – Shakedown (E-P) Ratcheting

Low Cycle Number – Large Amplitude

Failure

Buckling

Initial

(Simple) Load Cycles

High Cycle Number – Small Amplitude

Moore rotating-beam fatigue machine

Fatigue failure development

Ondata di melassa Boston 1919

Dettagli

Intagli - Concentrazioni di sforzo

http://www.geocities.ws/marcmsc/fcometcr.htm

Materiale duttile

Materiale fragile

http://www.cdmunicas.it/files/L5-concentrazione-tensioni.pdf

Geometrie di transizione

Pressure Vessel

Nozzle Reinforcement

Disomogeneità per saldatura

i di s

Ricadute strutturali dei processi di saldatura

Strain - hardening

Multiassiale

Criterio di Von Mises

1,57,11

2,4,8,106,12

Criterio di Von Mises

Criterio di Tresca

Sezione

http://www.constructalia.com/repository/transfer/it/resources/Contenido/03205927Foto_Big.pdf

Autotensioni da laminazione

Disomogeneità da laminazione

Stub Test

Instabilità locali

Disomogeneità di lavorazione

Conseguenze delle autotensioni

Evoluzione caso ideale

Progressiva plasticizzazione

Esempio

Faseelastica

Faseelasto-plastica

Comportamento asintotico

Casi ideali di sezione (ψ)

Classi di sezione

Sezione efficace

http://www.promozioneacciaio.it/cms/it4906-schede-di-calcolo.asp

Classe di sezione – tipo analisi

Esempio disezione doppio

asse di simmetria

Esempio disezione con un

solo asse di simmetria

Progressiva plasticizzazione

Situazione limite

Caso ideale di sezione rettangolare

Dominio di resistenza sez. rettangolare

Dominio limite elastico vs. plastico

Sezione a I (doppio T)

Esempio

Dominio di resistenza sez. a I (doppia T)

Approssimazione secondo EC3

Sezione con un solo asse di simmetria

Elemento

Asimmetria trazione - compressione

Buckling Restrained Brace (BRB)

http://doktori.bme.hu/bme_palyazat/2013/honlap/Zsarnoczai_Adam_en.htm

Deformazioni elementari

Trave Vierendeel

Telai shear type

Aste tralicciate / calastrellate

Struttura

Lineare / Non lineare

Linearità di comportamento

Intensivo

Estensivo

Livelli di crisi / verifica

franco.bontempi@uniroma1.it20127/09//2015

Durabilità

Risposta strutturale

Sensibilità alle imperfezioni

i di i

Globale

Elemento

All’interno dell’elemento

Instabilita’ per accumulo di carico

PondingEffect

Risposta strutturale e formati di verifica

Carico imposto

Carico / Spostamento imposto

Pushover

Accoppiamenti

Accoppiamenti strutturali: parallelo

Elastico lineare Elasto-plasticoIn

Elastico fragile

Accoppiamenti strutturali: serie

Imperfezioni

Imperfezioni a livello sezionale

Autotensioni sezionali

Imperfezioni a livello di collegamento

Alternativa

Influenza sulle sollecitazioni

Nominal Loads

Colonne

Imperfezioni

Spostamenti

Imperfezioni a livello di elemento

Nominal Loads

Imperfezioni a livello di edificio

Sensibilità alle imperfezioni

Programma del corso

Testo di riferimento

Testi di base

Costruzioni metalliche bontempi 2015 - aspetti elementari

Education

Transcript of Costruzioni metalliche bontempi 2015 - aspetti elementari

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