STRUTTURE IN ACCIAIO - UniNa STiDuE: l'universita a casa ...unina. di Milano/Ingegneria...

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STRUTTURE IN ACCIAIOSTRUTTUREINACCIAIOParteI

Lacciaio una lega ferro-carbonio. La quantit di carbonio condiziona laresistenza e la duttilit (la prima cresce e la seconda diminuisce allaumentaredel contenuto in carbonio). I pi comuni acciai per carpenteria metallica hannoun contenuto in carbonio molto basso (da 0.17% a 0.22%) e sono quindiestremamente duttili. Una caratteristica importante anche la tenacitpdellacciaio, cio la sua capacit di evitare rottura fragile alle bassetemperature.

i ( di ) i li i i ll i i hLe normative (DM08 o Eurocodice 3) impongono limiti alle caratteristichemeccaniche (tensione di rottura e di snervamento) ed allallungamento a rotturadei diversi tipi di acciaio, nonch limiti alla resilienza (legati alla temperaturaed al grado di saldabilit), necessari per garantire la tenacit.

Negli acciai sono contenute anche piccole quantit di manganese e silicio, chef i l ld bili di l i l i (f f lf ) h dfavoriscono la saldabilit, e di altri elementi (fosforo, zolfo, ecc.) che sono daconsiderare impurit inevitabili. Per la saldabilit dellacciaio importante ilgrado di disossidazione: lossigeno presente nellacciaio fuso si combina colcarbonio formando monossido di carbonio CO che nel raffreddamento tornaallo stato gassoso creando diffuse soffiature (lacciaio viene dettoeffervescente); laggiunta di alluminio e silicio, che si combinano conff ); gg ,lossigeno formando ossidi che vengono poi eliminati, riduce la formazione dimonossido di carbonio (acciai calmati o semicalmati).

Normativa Italiana

STRUTTURE IN ACCIAIO - STRUTTURE CALCESTRUZZO ARMATO

Aspetti rilevanti nel confronto:

1) M d li i di i il l l l d i1) Modalit costruttive: condizionano il comportamento strutturale, la scelta deimodelli di calcolo e limportanza da dare ai dettagli.

2) i l l l l i i2) Rapporto tra resistenza e peso: lelevato valore per lacciaio consenteladozione di sezioni decisamente ridotte rispetto a quelle usuali per le strutturein c.a..Tale aspetto comporta:- problemi di deformabilit;- problemi di instabilit;p ;- maggiore sensibilit a condizioni di carico trascurabili nel calcestruzzo armato;- rilevanti vantaggi nel caso di grandi luci e in zona sismica.

3) Diverso comportamento a trazione e compressione.

Modalit costruttive:C A : realizzazione in opera (maturazione del calcestruzzo) strutture monolitiche;- C.A.: realizzazione in opera (maturazione del calcestruzzo), strutture monolitiche;

-Acciaio: facilit e rapidit di montaggio (assemblaggio), necessit di intervenirecon accorgimenti per realizzare strutture continue, importanza dello studio dei

ll ticollegamenti.

Elevata deformabilit dellestrutture in acciaio rispetto astrutture in acciaio rispetto aquelle in c.a., problemi inesercizio molto rilevanti (lEC3t tt i l t t li it di

Deformabilit:- Resistenza dellacciaio molto elevata;- Sezioni molto ridotte.

tratta prima lo stato limite disevizio e poi quello ultimo).Instabilit:

- Strutture in acciaio molto snelle:- Strutture in acciaio molto snelle:a) Sensibilit al problema della stabilit inpresenza di aste compresse;b) Effetti del secondo ordine nellanalisib) Effetti del secondo ordine nellanalisiStrutturale;c) influenza della tridimensionalit

lli bili d llsullinstabilit della struttura.

Sensibilit a schemi di caricoLeggerezza di strutture in acciaio: incidenza meno rilevante del peso propriorispetto agli altri carichi (variabili come neve e vento).Esempio: copertura non praticabile in acciaio:Peso proprio = 0.15 0.3 kN/m2 ;p p ;Neve = 1.3 kN/m2, Vento = 0.3 0.5 kN/m2;(Neve circa 80 % del carico totale di progetto).

Strutture di grande luce o in zona sismica Eventuali problemi dovuti a depressione provocata dal vento;p p p ; Possibilit di realizzare con lacciaio strutture di grande luce; Strutture in zona sismica in acciaio: azione sismica ridotta rispetto al c.a.

grazie allelevata capacit dissipativa dellacciaio (duttilit)grazie all elevata capacit dissipativa dell acciaio (duttilit).

Comportamento a trazione e compressioneComportamento a trazione e compressione Per la struttura in acciaio soggetta a compressione: rischio di instabilit

locale, dellelemento o della struttura.

Diagramma limite M-N: differenza cemento armato - acciaio

ASTE REALI E ASTE IDEALI IMPERFEZIONI

Le strutture si calcolano nellipotesi che lasta sia ideale cio perfettamentep prettilinea, omogenea, isotropa ed esente da stati tensionali interni precedentilapplicazione del carico. In realt le aste prodotte industrialmente presentanoinevitabilmente delle imperfezioni.inevitabilmente delle imperfezioni.Le imperfezioni possono essere: meccaniche geometriche.Per le imperfezioni meccaniche, sia nei profili laminati a caldo che in quellilaminati a freddo e a composizione saldata, sono presenti imperfezioni chelaminati a freddo e a composizione saldata, sono presenti imperfezioni cheriguardano le caratteristiche meccaniche, quali:- la presenza di tensioni residue (stati tensionali autoequilibrati nelle sezionitrasversali);trasversali);- la disomogenea distribuzione delle caratteristiche meccaniche nelle sezionitrasversali e lungo lasse dei profilati.

Nei profili laminati a caldo le tensioni residue si formano a causa del processo diraffreddamento successivo alla laminazione (600C) e possono venire modificateda eventuali processi termici o da raddrizzamento di natura meccanica.

Nella figura seguente schematizzato il processo temporale dellandamentodello stato tensionale della sezione del profilo a seguito del suo raffreddamento.de o stato te s o a e de a se o e de p o o a segu to de suo a edda e to.

Con il termine di imperfezioni geometriche si indicano tutte le variazioni didimensione o forma dellasta rispetto alla geometria ideale.

1. Si hanno imperfezioni geometriche della sezione trasversale che dipendonoda:

variazioni degli spessori e delle dimensioni delle lamiere nei profili saldati;- variazioni degli spessori e delle dimensioni delle lamiere nei profili saldati;- mancata ortogonalit degli elementi che compongono le sezioni.

2 Inoltre si osservano imperfezioni geometriche dellasse dellasta con la2. Inoltre si osservano imperfezioni geometriche dell asse dell asta con ladeviazione dellasse dellasta dalla sua posizione ideale perfettamenterettilinea.

Le imperfezioni geometriche possono condizionare in modo evidente ilLe imperfezioni geometriche possono condizionare in modo evidente ilcomportamento degli elementi strutturali. Le normative impongono di tenerneconto.

PROFILATI METALLICI

COLONNE O PILASTRI

Profilati industrialitubolariColonne saldate

Profilati industrialibaionetta

50

100

EstOvest

Colonne composte

01

Trim.3

Trim.

OvestNord

Colonne a sezione variabile

C l t ll tCalastrellate tralicciate

LE GIUNZIONI NELLE STRUTTURE METALLICHE

GIUNTI INTERMEDI:Giunti trave trave;Giunti trave-trave; Giunti colonna-colonna.

GIUNTI DESTREMIT:GIUNTI D ESTREMIT:Giunti tra travi;Giunti tra trave-colonna;Giunzioni per controventi;Giunzioni per controventi;Giunti di base;Giunti tra elementi in acciaio ed elementi in calcestruzzo.

MODELLAZIONE DEI GIUNTI:I giunti a cerniera;I giunti rigidi;g gI giunti semi-rigidi.

GIUNTI INTERMEDI: giunti trave-trave

a) giunto con piastre in acciaio (flange) saldate allestremit di ogni trave e bullonate in opera;

b) giunto con piastre coprigiunto dala e danima bullonate in opera;

c) giunto con piastre coprigiunto saldate (i t t i ll t it di

bullonate in opera;

(interamente in opera oppure allestremit di una trave in stabilimento e a quella dellaltra in opera);

d) giunto con saldature testa a testa nelle ali e nellanima delle estremit delle travi collegate. Usualmente, per questa soluzione, conveniente che le

t it d ll t i i t t l t i ffi i )estremit delle travi siano opportunamente lavorate in officina).

GIUNTI INTERMEDI: giunti colonna-colonna

a) giunto con piastre coprigiunto dala doppie (ossia duepiastre per ogni ala) e piastre coprigiunto danimap p g ) p p gbullonate in opera;

b) giunto con doppie piastre coprigiunto dala bullonatein opera;

c) giunto con piastre coprigiunto dala singole e piastrecoprigiunto danima bullonate in opera;

d) giunto per contatto con piastre coprigiunto dalai l fil ldinterne al profilo e saldate;

e) giunto per contatto con piastre coprigiunto dalai t l fil b ll tinterne al profilo e bullonate;

f) giunto per contatto con flangia saldata in stabilimentoallestremit della colonna inferiore ed in opera allaall estremit della colonna inferiore ed in opera allacolonna superiore;

g) giunto per solo contatto tra flange saldate ing) giunto per solo contatto tra flange saldate instabilimento allestremit di ogni colonna;

a) giunto con piatto saldato in stabilimento allacolonna inferiore irrigidito da costole verticali,saldate allo scopo di evitare concentrazioni sforzi;

b) giunto con piatto saldato in stabilimentoallestremit della colonna inferiore, irrigidito dacostole verticali (in corrispondenza delle ali dellacolonna superiore) sostenute da costole

i t li ld torizzontali saldate;

c) giunto rastremato saldato in officina adunestremit della colonna e in opera allestremitun estremit della colonna e in opera all estremitdellaltra colonna. Il carico trasferito medianteun traliccio costituito da due piastre orizzontali eda due piatti diagonali di raccordo tra le ali delleda due piatti diagonali, di raccordo tra le ali dellemembrature.

a) giunto con angolari danima bullonati allanima sia

GIUNTI DESTREMITA: giunti trave principale-trave secondari