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

[email protected]

Costruzioni Metalliche

[email protected]/09//2015 3


[email protected]/09//2015 4

5Costruzioni Metalliche

[email protected]

527/09//2015

5

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

tempo

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

tempo

SISTEMA

Struttura durevole di elementi organizzati, che

viene osservata come unità che presenta

caratteristiche emergenti.Costruzioni Metalliche

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Analisi e Progetto


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Processo di analisi e processo di sintesi (1)

DATI

CALCOLO

RISULTATI

START

END

START

END

MODIFICA

K=K+1

K=0

DATI

K

CALCOLO

RISULTATI

K

TESTSI’ NO

Pre-processing

Post-processing


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Processo di analisi e processo di sintesi (2)

START

END

MODIFICA

K=K+1

K=0

DATI

K

CALCOLO

RISULTATI

K

TESTSI’ NO

AN

AL

ISI

SIN

TE

SI


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Analisi / Sintesi


[email protected]

11

STRUCTURAL

QUALITY

- design life

- railway

runability

- highway

runability

- free channel

- robustness

- durability

- management

GLOBAL

GEOMETRY

AND

TOPOLOGY

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

AND

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

CO

NV

EN

TIO

NA

L M

OD

ELIN

G:

QU

AS

I ST

AT

IC R

EP

RE

SE

NT

AT

ION

BASIC STRUCTURAL

CONFIGURATION

PARAMETERS

- individuation

- definition

- uncertainty

- description

- bounding

GLOBAL

MODELING

- 2D

- 3D

MODELING WITH

DYNAMIC INTERACTION

ALTERNATIVE STRUCTURAL

CONFIGURATIONS

GLOBAL

OPTIMIZATION

- topology

- morphology

- parametric

LOCAL

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

12 3

4

5

6

7

Numerical Modeling for the

Structural Analysis and Design of

MESSINA STRAIT BRIDGE:

subdivision and development of activities.

FB - june 6, 2005 / [email protected]

Requisiti


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Requisiti strutturali

• Condizioni di esercizio: • Rigidezza

• Condizioni ultime: • Resistenza

• Stabilita’

• Duttilita’

• Durabilita’

• Condizioni estreme:• Robustezza

• Resilienza

• Configurazione nominaledella struttura

• Configurazione danneggiatadella struttura


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1414

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


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RESILIENCE


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Valori


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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.


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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.


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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.


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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.


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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.


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Materiale


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Monotono


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Titolazione


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Legame costitutivo elementare


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True vs. Engineering Stress


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Asimmetria trazione - compressione

Legame costitutivo elementare


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[email protected]


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

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


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Laminazione


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Effetto dello spessore


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Anisotropia di lavorazione


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Tenacità / Resilienza

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


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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.


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Pendolo di Charpy


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[email protected]

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

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


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Effetto della temperatura (alta)


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EC3


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

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


[email protected]

Effetto della temperatura (bassa)


[email protected]

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w.c

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stru

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rod

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gkA

NvS

Rb

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http://www.constructalia.com/italiano/prodotti#.VgkANvSRbVI


[email protected]


[email protected]

Effetto della velocità di carico


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Non monotono


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Carichi non monotonici


[email protected]


[email protected]

Isotropic Hardening


[email protected]

Kinematic Hardening


[email protected]


[email protected]

htt

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w.n

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02

_12

_Yo

shid

a.p

df

http://www.nssmc.com/102_12_Yoshida.pdf


[email protected]


[email protected]

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

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


[email protected]

Shakedown (E-P) - Ratcheting


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Shakedown(P)


[email protected]

Ratcheting


[email protected]

Reverse Plasticity – Shakedown (E-P) Ratcheting


[email protected]

Low Cycle Number – Large Amplitude

Failure

Buckling


[email protected]

Initial

Final


[email protected]

(Simple) Load Cycles


[email protected]

High Cycle Number – Small Amplitude


[email protected]


[email protected]

Moore rotating-beam fatigue machine


[email protected]

Fatigue failure development


[email protected]


[email protected]

Ondata di melassa Boston 1919


[email protected]


[email protected]

Dettagli


[email protected]

Intagli - Concentrazioni di sforzo


[email protected]

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

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


[email protected]


[email protected]

Co

effi

cien

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del

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ensi

on

i


[email protected]

Materiale duttile


[email protected]

Materiale fragile


[email protected]

d/b


[email protected]


[email protected]

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

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


[email protected]

Geometrie di transizione


[email protected]


[email protected]

Pressure Vessel


[email protected]

Nozzle Reinforcement


[email protected]


[email protected]

Disomogeneità per saldatura


[email protected]

Dis

tors

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ensi

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ali


[email protected]

Au

tote

nsi

on

ido

vute

a

pro

cess

i di s

ald

atu

ra


[email protected]

Ricadute strutturali dei processi di saldatura


[email protected]

Strain - hardening


[email protected]

Dife

tti d

ovu

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roce

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i sal

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[email protected]

Det

tagl

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ei p

roce

ssi d

i sal

dat

ura


[email protected]


[email protected]

Multiassiale


[email protected]

Criterio di Von Mises

1,57,11

39

2,4,8,106,12


[email protected]

Criterio di Von Mises


[email protected]

Criterio di Tresca


[email protected]

Sezione


[email protected]


[email protected]

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

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


[email protected]

Autotensioni da laminazione


[email protected]


[email protected]

Disomogeneità da laminazione


[email protected]


[email protected]

Stub Test


[email protected]

Instabilità locali


[email protected]

Disomogeneità di lavorazione


[email protected]


[email protected]

Conseguenze delle autotensioni


[email protected]

Evoluzione caso ideale


[email protected]

M


[email protected]

Progressiva plasticizzazione


[email protected]


[email protected]

Esempio


[email protected]

Faseelastica


[email protected]

Faseelasto-plastica


[email protected]

Faseelasto-plastica

ψ


[email protected]

Comportamento asintotico


[email protected]

Casi ideali di sezione (ψ)

ψ


[email protected]

Classi di sezione


[email protected]


[email protected]

Sezione efficace


[email protected]


[email protected]

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

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


[email protected]

Classe di sezione – tipo analisi


[email protected]

Esempio disezione doppio

asse di simmetria

htt

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_01

_2

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http://www.ording.si.it/file/A_01_2010-05-19_Orlando_Spinelli_Siena.pdf


[email protected]

Esempio disezione con un

solo asse di simmetria


[email protected]

M-N


[email protected]

Progressiva plasticizzazione


[email protected]

Situazione limite


[email protected]

Caso ideale di sezione rettangolare


[email protected]


[email protected]

Dominio di resistenza sez. rettangolare


[email protected]

Dominio limite elastico vs. plastico

1/ψ


[email protected]

Sezione a I (doppio T)


[email protected]

Esempio


[email protected]


[email protected]

Dominio di resistenza sez. a I (doppia T)


[email protected]


[email protected]

Approssimazione secondo EC3


[email protected]


[email protected]

Sezione con un solo asse di simmetria


[email protected]


[email protected]

M-N-V


[email protected]

Elemento


[email protected]


[email protected]

Asimmetria trazione - compressione


[email protected]

htt

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/do

kto

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20

13

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sarn

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ai_A

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.htm

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


[email protected]

Buckling Restrained Brace (BRB)


[email protected]


[email protected]

Deformazioni elementari


[email protected]

Trave Vierendeel


[email protected]


[email protected]

Telai shear type


[email protected]

Aste tralicciate / calastrellate

Struttura


[email protected]


[email protected]

Lineare / Non lineare


[email protected]

Linearità di comportamento


[email protected]

Intensivo

Estensivo

Sovr

app

osi

zio

ne

deg

li ef

fett

i


[email protected]

Livelli di crisi / verifica


[email protected]/09//2015


[email protected]

Durabilità


[email protected]

Risposta strutturale


[email protected]

Sensibilità alle imperfezioni


[email protected]


[email protected]

Scal

e d

ei fe

no

men

i di i

nst

abili

tà


[email protected]

Globale

Elemento


[email protected]

All’interno dell’elemento


[email protected]


[email protected]

Instabilita’ per accumulo di carico

PondingEffect


[email protected]

Risposta strutturale e formati di verifica


[email protected]

Carico imposto


[email protected]

Carico / Spostamento imposto


[email protected]


[email protected]

Pushover


[email protected]


[email protected]

Push

ove

rci

clic

o


[email protected]

Accoppiamenti


[email protected]


[email protected]

Accoppiamenti strutturali: parallelo


[email protected]

In p

aral

lelo


[email protected]

Elastico lineare Elasto-plasticoIn

par

alle

lo


[email protected]

Elastico fragile

In p

aral

lelo

In p

aral

lelo


[email protected]

Accoppiamenti strutturali: serie


[email protected]

In s

erie


[email protected]

Ger

arch

ia d

elle

res

iste

nze


[email protected]

Imperfezioni


[email protected]


[email protected]

Imperfezioni a livello sezionale


[email protected]

Autotensioni sezionali


[email protected]

Imperfezioni a livello di collegamento


[email protected]

Alternativa


[email protected]


[email protected]

Influenza sulle sollecitazioni


[email protected]


[email protected]

Nominal Loads


[email protected]


[email protected]

Colonne


[email protected]

Imperfezioni

Spostamenti


[email protected]

Imperfezioni a livello di elemento


[email protected]

Nominal Loads


[email protected]

Imperfezioni a livello di edificio


[email protected]

Sensibilità alle imperfezioni


[email protected]


[email protected]

Programma del corso


[email protected]

Testo di riferimento


[email protected]

Testi di base


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Education

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