STRUTTURE MISTE ACCIAIO-CLS Lezione 1 - ablaweb.net · Università degli Studi di Roma Tre -...

Università degli Studi di Roma Tre - Facoltà di IngegneriaLaurea magistrale in Ingegneria Civile in Protezione…Corso di Complementi di Tecnica delle Costruzioni – A/A 2008-09

STRUTTURE MISTE ACCIAIO CLS

Corso di Complementi di Tecnica delle Costruzioni A/A 2008 09

STRUTTURE MISTE ACCIAIO-CLSLezione 1

DEFINIZIONEDEFINIZIONECENNI STORICILE TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLS SEMPLICEMENTE APPOGGIATEAPPOGGIATE

Le ipotesi di calcoloAnalisi elastica della sezione

Ipotesi di calcoloIpotesi di calcoloAsse neutro che taglia la trave in acciaioAsse neutro che taglia la soletta

L’ ff tt d ll i ità d l iti ll t t t i lL’effetto della viscosità e del ritiro sullo stato tensionale1

Università degli Studi di Roma Tre - Facoltà di IngegneriaLaurea magistrale in Ingegneria Civile in Protezione…Corso di Complementi di Tecnica delle Costruzioni – A/A 2008-09Corso di Complementi di Tecnica delle Costruzioni A/A 2008 09

STRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO‐CLSDefinizione

NTC 2008Le strutture composte sono costituite da parti realizzate in acciaio per carpenteria e daparti realizzate in calcestruzzo armato (normale o precompresso) rese collaboranti fra lorocon un sistema di connessione appositamente dimensionato.

EC4

CNR - 10016

2


STRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO‐CLSTravi miste acciaio‐cls

3



1894Rock Rapids – Ponte a travi d’acciaio curve immerse nelcalcestruzzo - USAMethodist building – Impalcato realizzato in travi d’acciaioimmerse nel calcestruzzo USAimmerse nel calcestruzzo – USA1956Bad River Bridge – USAIBM’s Education building – USA

4


STRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO CLSSTRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO‐CLSTravi miste acciaio‐cls

Sono possibili differenti tipologie di sezioni. E’ possibile infatti avere sezioni conlamiera continua (nel caso si utilizzino predalles) come nella figura di sinistraoppure sezioni con lamiera sagomata come illustrato nella figura di destra.

5



Al posto della lamiera grecata si possono usare delle predalles in c.a.

6



Sono possibili differenti tipologie di sezioni. E’ possibile infatti avere sezioni conlamiera continua (nel caso si utilizzino predalles) come nella figura di sinistraoppure sezioni con lamiera sagomata come illustrato nella figura di destra.

7


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSEsempi: Viadotto n° 10 della Strada a scorrimento veloce in variante alla S.S.18tra la stazione di Vallo della Lucania e Policastro Bussentino, Italia (1992)

8


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSEsempi

Ponte CastaciE90 tratto SS 106 Jonicadallo svincolo di Squillace allo svincolo di Simeri Crichi

9


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSEsempi: Viadotto della bretella di Urbino a struttura mista acc-als bitrave (2003)

10


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSEsempi: Solaio misto acciaio-cls con lamiera grecata

11


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSEsempi: Solaio misto acciaio-cls con lamiera grecata

12



Ci sono naturalmente casi limite per i quali le definizioni precedente fornite nonsono del tutto veritiere ma che in qualche maniera sono da considerare composte

13



Ci sono naturalmente casi limite per i quali le definizioni precedente fornite nonsono del tutto veritiere ma che in qualche maniera sono da considerare composte

SOLETTA COMPOSTA

14


STRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO CLSSTRUTTURE COMPOSTE ACCIAIO‐CLSColonne miste acciaio‐cls

Fully or partially encased

Concrete filled

15



partially encasedpartially encased

16



partially encasedpartially encased

17



Fully encasedFully encased

18


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSVantaggi

I vantaggi di una trave composta acciaio-cls rispetto ad una trave in c.a. normaleoppure in acciaio sono evidenti:

• Stabilità: rispetto ad una trave in acciaio da carpenteria l’elemento composto• Stabilità: rispetto ad una trave in acciaio da carpenteria l elemento compostopresenta la parte in acciaio quasi totalmente tesa, eliminando tutti i problemilegati alla compressione come l’instabilità locale e l’instabilità flesso-torsionale.• Leggerezza: Nelle travi composte il cls è in minima parte o per nulla teso, algg p p p ,contrario delle travi in c.a. nelle quali il calcestruzzo teso è considerato solo delpeso che non apporta alcun contributo alla resistenza. Questo produceevidentemente una notevole diminuzione di peso.• Durabilità: i problemi di fessurazione vengono del tutto eliminati almeno nel• Durabilità: i problemi di fessurazione vengono del tutto eliminati, almeno nelcaso di travi semplicemente appoggiate.• Praticità: E’ possibile in molti casi eliminare la casseratura in fase di getto,sostituita dalla lamiera grecata o dalle predallesg p• Funzionalità: Deformazioni ridotte

19


COLONNE COMPOSTE ACCIAIO-CLSVantaggiVantaggi

I vantaggi di una colonna composta acciaio-cls rispetto ad un pilastro in c.a.normale oppure in acciaio sono evidenti:normale oppure in acciaio sono evidenti:

• Protezione dal fuoco: Nel caso delle colonne Fully encased e parzialmente nelcaso di quelle partially encased viene garantita una adeguata resistenza al fuoco.• Eliminazione delle casseforme: Sia nel caso fully che partially encased lacolonna funge da cassaforma con evidente risparmio economico. Il vantaggio èevidente nel caso di colonne concrete filled• Eliminazione dei problemi di instabilità: In presenza di calcestruzzo il• Eliminazione dei problemi di instabilità: In presenza di calcestruzzo ilprofilo d’acciaio non può assumere la deformata critica con evidente risparmio diacciaio. Cio significa anche che generalmente si perviene ad un collasso dellacolonna di tipo plastico.

à• Praticità: Durante la costruzione i pilastri possono anche essere montati primae poi solo successivamente riemipiti di calcestruzzo• Aumento di resistenza del cls: Nel caso di colonne concrete filled l’acciaio haun azione di confinamento sul cls che aumenta sia la sua rigidezza in fase elasticaun azione di confinamento sul cls che aumenta sia la sua rigidezza in fase elasticasia la sua resistenza ultima.

20


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSSvantaggi

• Problemi di instabilità elastica delle travi in acciaio

• Instabilità flesso-torsionale (instabilità delle ali compresse)• Instabilità dei pannelli d’anima• Instabilità dei pannelli d anima

• Particolare attenzione al progetto delle connessioni

• Tra soletta e trave• Tra elementi trave-trave o trave-colonna• Particolare cura nel caso di azioni sismiche

21


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSIl principio di funzionamento: trave tradizionale non composta

22


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSIl principio di funzionamento: trave composta con connessione rigida

Regime di basse sollecitazioni

23


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSIl principio di funzionamento: trave composta con connessione flessibile

Regime di alte sollecitazioni

24


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTravi semplicemente appoggiateAnalisi allo SLE della sezione – Ipotesi di lavoro

Si sviluppa ora l’analisi allo Stato limite ultimo delle sezioni composte acciaio-clssotto le seguenti ipotesi:

• Legame costitutivo dell’acciaio e del cls elastico lineare

• Conservazione delle sezioni piane ε = k y

• Perfetta aderenza nelle zone di contatto

• Tra soletta e trave sono esclusi movimenti relativi verticali La testa dei pioli e• Tra soletta e trave sono esclusi movimenti relativi verticali. La testa dei pioli econformata proprio a tale scopo.

25


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTravi semplicemente appoggiate

li i l i d ll i h li il fil d’ i iAnalisi Elastica della sezione – Asse neutro che taglia il profilo d’acciaioIn tal caso il cls è tutto compresso come lo è parte del profilo d’acciaio. L’asse neutro si trovasemplicemente imponendo l’equilibrio alla traslazione della sezione che come notocorrisponde all’annullamento del momento statico della sezione omegeneizzata. E’ d’uso

i d i iomogeneizzare tutto ad acciaio.

ε1 σc = Ec ε1

b0

Ccyans

εs = εc

Asse neutroCs

Ts

H

H-yan

h

deformazioni tensioniσs = Es ε2ε2

yan

26



li i l i d ll i h li il fil d’ i iAnalisi Elastica della sezione – Asse neutro che taglia il profilo d’acciaio

2s

nA

2hHA

y0S

cs ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛+⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −

=⇒= Asse neutro n=E /E Coefficiente di

nAA

y0Sc

s

.n.aid

+=⇒= Asse neutro n Es/Ec Coefficiente di

OmogeneizzazioneAcciaio-cls

ε1 σc = Ec ε1

b0

Ccyans

εs = εc

Asse neutroCs

Ts

H

H-yan

h


yan

27



li i l i d ll i h li il fil d’ i iAnalisi Elastica della sezione – Asse neutro che taglia il profilo d’acciaioLe tensioni si determinano imponendo l’equilibrio alla rotazione della sezione

2c

2cestest syAyshAJJJyM1)yH(M

⎟⎞

⎜⎛+⎟

⎞⎜⎛ +++=== σσ ananssidan

idmax,can

idmax,s 2

yn

ys2

An

JJyJn

)yH(J

⎟⎠

⎜⎝

−+⎟⎠

⎜⎝

−+++==−= σσ

ε1 σc = Ec ε1

b0

Ccyans

εs = εc

Asse neutroCs

Ts

H

H-yan

h


yan

28



li i l i d ll i h li l lAnalisi Elastica della sezione – Asse neutro che taglia la solettaIl cls teso è considerato non reagente

⎟⎞

⎜⎛⎟

⎞⎜⎛

⎟⎞

⎜⎛ hAn2nAnA0hAybS

2

ssan0 ⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ ++⎟⎟

⎠⎜⎜⎝

+−=⇒=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −+−= s

2A

bbby0ys

2A

2yy

nS s

00

s

0

sanans

anan

0id

Asse neutroyan

29



àAnalisi Elastica della sezione – Effetto della viscosità del cls

EUROCODICE 4L’Eurocodice 4 consente di utilizzare direttamente due distinti valori del modulo elastico delcls, uno per carichi di breve durata e l’altro per carichi di lunga durata:(EC4 p. 3.1.4.2)

Poiché il modulo elastico dell’acciaio viene assunto pari a Es=210000 Mpa e il modulo elasticosecante del cls viene fornito in funzione della classe di resistenza del cls, il coefficiente diomogeneizzazione dipende unicamente dalla classe di resistenza del cls.In genere si haper carichi di breve durata n = 6-8Per carichi di lunga durata n=15-18 30



Analisi Elastica della sezione – Effetto del ritiro del clsEC4 – p. 3.1.3

31



Analisi Elastica della sezione – Effetto del ritiro del clsEC4 – p. 3.1.3

32



Analisi Elastica della sezione – Effetto del ritiro del clsC l i ità il iti difi l t t t i l d ll i T l ff tt i if tCome la viscosità, il ritiro modifica lo stato tensionale della sezione. Tale effetto si manifestacome stato di coazione dovuto all’accorciamento impedito della soletta di calcestruzzo laquale non potendo però diminuire la sua lunghezza viene sollecitata a trazione. Diconseguenza la trave composta è soggetta a compressione eccentrica. Sulla soletta di clsl’ ff tt d ll t i d ll i t i il’effetto della trazione e della compressione eccentrica si sommano.

b

sbEFE 0crrcrr εεσ =⇒=Accorciamento della soletta libera dovuto al ritiro e annullato dalla forza Fr

b0

s

εrEc

Fr

Fr

+ M=Free

33



Analisi Elastica della sezione – Effetto del ritiro del clsLe variazioni dello stato tensionale nella trave in acciaio e nella soletta sono pertanto :

Trazione nella soletta

sbFy

nJeF

nAF

0

rcs

id

r

id

rcs,r +−−=Δσ Tensione lembo superiore

soletta in cls

Trazione nella soletta

y

sbFy

nJeF

nAF

0

rss

id

r

id

rci,r ++−=Δσ Tensione lembo inferiore

soletta in clsysi

yssyan

a.n.

ssid

r

id

rss,r y

JeF

AF

−−=Δσ Tensione lembo superiore Trave in acciaioyss

yan a.n.

siid

r

id

rsi,r y

JeF

AF

+−=Δσ Tensione lembo inferiore Trave in acciaio

ysi

34


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTravi semplicemente appoggiateAnalisi allo SLU della sezione – Ipotesi di lavoro

Si sviluppa ora l’analisi allo Stato limite ultimo delle sezioni composte acciaio-clssotto le seguenti ipotesi:

• Legame costitutivo dell’acciaio e del cls rigido-plastici

• Conservazione delle sezioni piane ε = k y

• Perfetta aderenza nelle zone di contatto

• Tra soletta e trave sono esclusi movimenti relativi verticali La testa dei pioli e• Tra soletta e trave sono esclusi movimenti relativi verticali. La testa dei pioli econformata proprio a tale scopo.

35



d ll h l l lSLU della sezione – Asse neutro che taglia la soletta – CALCOLO ASSE NEUTROIn tal caso il cls risulta parzializzato mentre il profilo d’acciaio è interamente teso.

⇒> fAfsb L’asse neutro taglia la soletta e vale syd Af

ε1 fcdb0

⇒> ydscd0 fAfsb L asse neutro taglia la soletta e vale

cd0

sydan fb

y =

Asse neutroCc

ya.ns

εs = εc

Ts

H h

deformazioni tensioni

fydε2 36


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLST i li t i tTravi semplicemente appoggiate

SLU della sezione – Asse neutro che taglia la soletta – CALCOLO MOMENTO ULTIMO

⇒−−=2

y2hHz an ⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −−==

2y

2hHAfzAfM an

sydsydu MOMENTO ULTIMO

ε1 fcd

Cy

b0

εs = εc

Asse neutroCc

ya.n

H hz

fydε2

Ts

deformazioni tensionifydε2

37


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTravi semplicemente appoggiate

SLU della sezione – Asse neutro che taglia il profilo d’acciaio – CALCOLO ASSE NEUTROSLU della sezione Asse neutro che taglia il profilo d acciaio CALCOLO ASSE NEUTROIn tal caso il cls è tutto compresso come lo è parte del profilo d’acciaio.

ssxysb'A

xsbfAf

'A pps0cdsyd ++=⇒−

=⇒−

=sp

bpAs’

ε1 fcdb0

ssxyt

xf2

A panpyd

s ++=⇒=⇒=tp A.N.

x

εs = εc

Asse neutroCc

ya.n

HCs

s

Ts

H h


38


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLST i li t i tTravi semplicemente appoggiate

SLU della sezione – Asse neutro che taglia il profilo d’acciaio – CALCOLO MOMENTO ULTIMO

ydsssydss0cdc f)'AA(Tf'ACsbfC −===⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −

++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −⋅=

2xhT

2xC

2syCM ssancu

dove:

ε1 fcd

Cy

b0

s

εs = εc

Asse neutroCc

ya.n

H hCs

s

d

d’’

fydε2

Ts

d’d’’


39


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSLarghezza della soletta collaborante

La distribuzione delle tensioni normali nella soletta è del tipo indicato in figura CiòLa distribuzione delle tensioni normali nella soletta è del tipo indicato in figura. Ciòinduce a considerare come collaborante solo una parte dell’intera soletta (b0). Lanormativa italiana e l’Eurocodice forniscono per b0 due espressioni differenti.

b0

bo

40


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSLarghezza della soletta collaborante

EUROCODICE 4 :L’Eurocodice 4 (#4.2.2.1) introduce un criterio, valido per le travi continueEUROCODICE 4 :L Eurocodice 4 (#4.2.2.1) introduce un criterio, valido per le travi continuesu più appoggi per valutare la larghezza collaborante b0. Indicando con L0 la distanzaapprossimata tra i punti di momento nullo: la larghezza efficace complessiva b0 dell’ala di clsassociata ad ogni anima di acciaio dovrebbe essere assunta come la somma della larghezzaefficaci be della porzione di ala da ogni lato dell’asse dell’anima. La larghezza efficace di ogniefficaci be della porzione di ala da ogni lato dell asse dell anima. La larghezza efficace di ogniporzione dovrebbe essere assunta pari a L0/8 e comunque non maggiore di b.

b0

)8L2,imin(b 0

0 =

i

41


TRAVI COMPOSTE ACCIAIO-CLSTRAVI COMPOSTE ACCIAIO CLSLarghezza della soletta collaborante

EUROCODICE 4 : Si noti che La normativa europea permette di valutare la larghezzacollaborante anche per le zone a momento negativo solo ovviamente per verifiche dideformabilità. Per le verifiche di resistenza la resistenza delle travi nelle zone a momentonegativo è ovviamente fornita dalla sola trave in acciaio essendo per ipotesi il cls non reagentea trazione

b0

42

STRUTTURE MISTE ACCIAIO-CLS Lezione 1 - ablaweb.net · Università degli Studi di Roma Tre -...

Documents

Transcript of STRUTTURE MISTE ACCIAIO-CLS Lezione 1 - ablaweb.net · Università degli Studi di Roma Tre -...