2013-03-14 Materiale e verifiche [modalità...

Costruzioni di acciaio: materiale e verifiche di resistenza e

stabilità

Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Università degli Studi di Firenze

www.dicea.unifi.it

Maurizio Orlando

Costruzioni di acciaio

Acciaio per strutture metalliche

Prescrizioni specifiche per acciai da carpenteria in zona sismica

Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze

Acciaio laminatoNei componenti strutturali e nei collegamenti delle costruzioni in acciaio i tre tipidi acciaio Fe360, Fe430 e Fe510 assumono la nuova dicitura S235, S275, S355.A questi tipi di acciaio si aggiunge l’acciaio ad alta resistenza S460.


Prescrizioni specifiche per acciai da carpenteria in zona sismica

Per i valori caratteristici della tensione di rottura ftk e della tensione disnervamento fyk si assumono a favore della sicurezza i valori nominali: fy = ReHe ft = Rm riportati nelle norme di prodotto.

Richieste aggiuntive già introdotte dall’Ordinanza 3274:qualora l’acciaio impiegato sia di qualità diversa da quella prevista inprogetto si dovrà procedere ad una ricalcolazione della struttura perdimostrarne l’adeguatezza

VerificheVerifiche agli stati limite ultimi

Resistenza delle membrature

Costruzioni di acciaio


4.2.4.1.1 Resistenza di calcoloResistenza di calcolo delle membrature Rd:

Rk = valore caratteristico della resistenza (NEd, MEd, VEd, etc.) dellamembratura, determinata dai valori caratteristici della resistenza delmateriale fyk e dalle caratteristiche geometriche degli elementi strutturali,dipendenti dalla classe della sezione.

Verifica Coefficiente parziale di sicurezza del materiale

Resistenza delle Sezioni di Classe 1-2-3-4 M0=1,05Resistenza all’instabilità delle membrature M1=1,05Resistenza all’instabilità delle membrature di ponti stradali e ferroviari

M1=1,10

Resistenza, nei riguardi della frattura, delle sezioni tese (indebolite dai fori)

M2=1,25

M

kd γ

RR


Osservazione su M


Incertezza nei valorirappresentativi delle azioni

Incertezza di modello nelle azioni enegli effetti delle azioni

Incertezza di modello nellaresistenza strutturale

Incertezza nei valorirappresentativi delle resistenze

f

Sd

Rd

m

F

M

comprensivi delleincertezze di modello

Rd = 1,05

m = 1,00

Le verifiche di resistenza dipendono dalla classe delle sezioni

Verifica in campo elastico (applicabile a tutte le classi)

(4.2.5)

TrazioneNEd / Nt,Rd ≤ 1

Qualora il progetto preveda la gerarchia delle resistenze, come avvienein presenza di azioni sismiche, la resistenza plastica della sezione lorda,Npl,Rd, deve risultare minore della resistenza a rottura delle sezioniindebolite dai fori per i collegamenti, Nu,Rd.

202

,,2

,2

, /3 MykEdEdxEdzEdzEdx f


CompressioneNEd / Nc,Rd ≤ 1

doveNc,Rd = A fyk / M0 per sezioni di classe 1, 2 e 3Nc,Rd = Aeff fyk / M0 per sezioni di classe 4

non è necessario dedurre l’area dei fori per collegamenti bullonati ochiodati, purché in tutti i fori siano presenti gli elementi di collegamento enon siano presenti fori sovradimensionati o asolati.


Flessione retta (o monoassiale)MEd / Mc,Rd ≤ 1doveMc,Rd = Mpl,Rd = Wpl fyk / M0 per sezioni di classe 1 e 2Mc,Rd = Mpl,Rd = Wel,min fyk / M0 per sezioni di classe 3Mc,Rd = Mpl,Rd = Weff,min fyk / M0 per sezioni di classe 4 Weff,min ècalcolato eliminando le parti della sezione inattive a causa dei fenomenidi instabilità locali

M / Wel,min

M / Wel,max M / Wpl

M / Wpl

fy

fy


Flessione retta (o monoassiale) in presenza di giunti bullonati

Si può trascurare la presenza dei fori se è verificata la seguentecondizione:

dove Af = area della piattabandaAf,net = area netta della piattabanda

02

90

M

ykf

M

tkf,net

γfA

γ f A,

)355(643,0)275(591,0)235(603,0

,

SASASA

A

f

f

f

netf


TaglioVEd / Vc,Rd ≤ 1 dove Vc,Rd = Av fyk / (3 M0)

Av = area resistente a taglio

Come si calcola l’area resistente a taglio ?per profilati ad I e ad H caricati nel piano dell’animaAv = A – 2 b tf + (tw + 2 r) tf

per profilati a C o ad U caricati nel piano dell’animaAv = A – 2 b tf + (tw + r) tf

per profilati ad I e ad H caricati nel piano delle ali wwv thAA


TaglioCome si calcola l’area resistente a taglio ?per profilati a T caricati nel piano dell’anima

per profilati rettangolari cavi “profilati a caldo” di spessore uniformeper carico parallelo altezza profilo

per carico parallelo base profilo

per profili circolari cavi e tubi di spessore uniforme

hbhAAv

hbbAAv

AAv 2

fv tbAA 9,0


TaglioLa verifica a taglio può essere eseguita in termini tensionali (verificaelastica) nel punto più sollecitato della sezione

(4.2.27)

doveEd è valutata in campo elastico lineare

0,13 0

Myk

Ed

f


Flessione composta biassiale (N, My, Mz)

per le sezioni ad I o ad H di classe 1 e 2 doppiamente simmetriche,soggette soggette a presso o tenso flessione biassiale, la condizione diresistenza può essere valutata come

con n = NEd / Npl,Rd ≥ 0,2


Flessione deviata per n < 0,2 e comunque per sezioni generiche diclasse 1 e 2, la verifica può essere condottacautelativamente controllando che


4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature

4.2.4.1.3.1 Aste compresse

Le NTC2008, così come l’EC3, esprimono la snellezza di un’asta in formaadimensionale come rapporto tra la snellezza λ (λ=L0/ρmin) e la snellezza criticaλcr:


secondariemembrature250

principalimembrature200

cr

yk

cr NfA

casi nei quali si può omettere la verifica di stabilità di un’asta compressa:

≤ 0,2 oppure NEd ≤ 0,04 Ncr

4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature4.2.4.1.3.1 Aste compresse

per le sezioni di classe 1, 2 e 3

per le sezioni di classe 4

dove: con

dove il parametro α è il “fattore di imperfezione”


1,

M

ykRdb

fAN

1,

M

ykeffRdb

fAN

0,1122

22,015,0

curva a0 a b c d 0,13 0,21 0,34 0,49 0,76

dipende dalla snellezza adimensionale e dal tipo di sezione



C4.2.4.1.3.1.5 Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli oimbottiture

La verifica di aste composte costituite da due o quattro profilati, vedi Figura C4.2.10, postiad un intervallo pari alle spessore delle piastre di attacco ai nodi e comunque ad unadistanza non superiore a 3 volte il loro spessore e collegati con calastrelli o imbottiture,può essere condotta come per un’asta semplice, trascurando la deformabilità a taglio delcollegamento, se gli interassi dei collegamenti soddisfano le limitazioni:

≤ 15 imin ≤ 70 imin


C4.2.4.1.3.1.5 Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli oimbottiture……………………Nel caso di angolari a lati disuguali, tipo (6) di Figura C4.2.10, l’instabilità dell’asta coninflessione intorno all’asse y di Figura C4.2.10 può essere verificata considerando unraggio d’inerzia

(C4.2.29)

dove i0 è il raggio d’inerzia minimo dell’asta composta.

C4.2.4.1.3.1.5 Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli oimbottitureSe non si rispettano le limitazioni viste, è possibile determinare un’appropriata snellezzaequivalente dell’asta ricorrendo a normative di comprovata validità (ad es. CNR 10011):

(per elementi ravvicinati collegati da imbottiture)21

2 yeq

15,10iiy

4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature……….. Aste inflesse

dove:

(C4.2.30)


1,

M

ykyLTRdb

fWM

ff

LTLTLTLT

LT11

0,111222

cr

ykyLT M

fW 2

0,15,0 LTLTLTLTLT

nelle NTC2008 compare per errore Tcr

Tycr

cr GJEJ

LGJEJ

LM

2

1


(C4.2.31)


2

3,005,175,1

A

B

A

B

MM

MM MA

MB

132,1

285,1

365,1

La costante di ingobbamento per profili ad H o doppio T è definita come:

J = Jz (h-tf)2 / 4


= 1 (0,75 per sezioni laminate e composte saldate)

LT,0 = 0,2 (0,4 per sezioni laminate e composte saldate)


a b c d

LT 0,21 0,34 0,49 0,76

28,00,2115,01 LTckf


Fattore correttivokc

casi nei quali si puòomettere la verifica asvergolamento[6.3.2.2(4) EC3-1-1]:

oppure

0,LTLT

20,LT

cr

Ed

MM


Aste presso-inflesse

Metodo A Circolare

(C4.2.32)

se il momento flettente varia lungo l’asta si assume, per ogni asse principale diinerzia,

Meq,Ed = 1,3 Mm con la limitazione 0,75 Mmax,Ed ≤ Meq,Ed ≤ Mmax,Ed

Meq,Ed = 0,6 MA – 0,4 MB ≥ 0,4 MA(con│ MA │ ≥ │ MB │)


Aste presso-inflesse in presenza di instabilità flesso-torsionale

se il momento flettente varia con legge lineare si ha:

Meq,Ed = 0,6 MA – 0,4 MB ≥ 0,4 MA (con│ MA │ ≥ │ MB │)

MAMB

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