Costruzioni di acciaio: materiale e verifiche di resistenza e stabilità Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale Università degli Studi di Firenze www.dicea.unifi.it 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 laminato Nei componenti strutturali e nei collegamenti delle costruzioni in acciaio i tre tipi di 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 di snervamento fyk si assumono a favore della sicurezza i valori nominali: fy = ReH e 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 in progetto si dovrà procedere ad una ricalcolazione della struttura per dimostrarne l’adeguatezza Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Costruzioni di acciaio Verifiche Verifiche agli stati limite ultimi Resistenza delle membrature Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze 4.2.4.1.1 Resistenza di calcolo Resistenza di calcolo delle membrature Rd: Rk Rd γM Rk = valore caratteristico della resistenza (NEd, MEd, VEd, etc.) della membratura, determinata dai valori caratteristici della resistenza del materiale 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=1,05 Resistenza all’instabilità delle membrature M1=1,05 Resistenza 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 Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Osservazione su M Incertezza nei valori rappresentativi delle azioni f Incertezza di modello nelle azioni e negli effetti delle azioni Sd Incertezza di modello nella resistenza strutturale Rd Incertezza nei valori rappresentativi delle resistenze m F comprensivi delle incertezze di modello M Rd = 1,05 m = 1,00 Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Le verifiche di resistenza dipendono dalla classe delle sezioni Verifica in campo elastico (applicabile a tutte le classi) x , Ed 2 z , Ed 2 z , Ed x , Ed 3 Ed 2 f yk / M 0 2 (4.2.5) Trazione NEd / Nt,Rd ≤ 1 Qualora il progetto preveda la gerarchia delle resistenze, come avviene in presenza di azioni sismiche, la resistenza plastica della sezione lorda, Npl,Rd, deve risultare minore della resistenza a rottura delle sezioni indebolite dai fori per i collegamenti, Nu,Rd. Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Compressione NEd / Nc,Rd ≤ 1 dove Nc,Rd = A fyk / M0 per sezioni di classe 1, 2 e 3 Nc,Rd = Aeff fyk / M0 per sezioni di classe 4 non è necessario dedurre l’area dei fori per collegamenti bullonati o chiodati, purché in tutti i fori siano presenti gli elementi di collegamento e non siano presenti fori sovradimensionati o asolati. Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Flessione retta (o monoassiale) MEd / Mc,Rd ≤ 1 dove Mc,Rd = Mpl,Rd = Wpl fyk / M0 per sezioni di classe 1 e 2 Mc,Rd = Mpl,Rd = Wel,min fyk / M0 per sezioni di classe 3 Mc,Rd = Mpl,Rd = Weff,min fyk / M0 per sezioni di classe 4 Weff,min è calcolato eliminando le parti della sezione inattive a causa dei fenomeni di instabilità locali M / Wpl M / Wel,min fy fy M / Wel,max Maurizio Orlando M / Wpl Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Flessione retta (o monoassiale) in presenza di giunti bullonati Si può trascurare la presenza dei fori se è verificata la seguente condizione: 0 ,9 A f,net f tk γM 2 dove A f f yk γM 0 Af = area della piattabanda Af,net = area netta della piattabanda A f ,net Maurizio Orlando 0,603 A f ( S 235) 0,591 A f ( S 275) 0,643 A ( S 355) f Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Taglio VEd / 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’anima Av = A – 2 b tf + (tw + 2 r) tf per profilati a C o ad U caricati nel piano dell’anima Av = A – 2 b tf + (tw + r) tf per profilati ad I e ad H caricati nel piano delle ali Av A h Maurizio Orlando w tw Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Taglio Come si calcola l’area resistente a taglio ? per profilati a T caricati nel piano dell’anima Av 0,9 A b t f per profilati rettangolari cavi “profilati a caldo” di spessore uniforme per carico parallelo altezza profilo Av A h b h Av A b b h per carico parallelo base profilo per profili circolari cavi e tubi di spessore uniforme Av 2 A Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Taglio La verifica a taglio può essere eseguita in termini tensionali (verifica elastica) nel punto più sollecitato della sezione Ed f yk 3 M 0 1,0 (4.2.27) dove Ed è valutata in campo elastico lineare Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze 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 di resistenza può essere valutata come con n = NEd / Npl,Rd ≥ 0,2 Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Flessione deviata Maurizio Orlando per n < 0,2 e comunque per sezioni generiche di classe 1 e 2, la verifica può essere condotta cautelativamente controllando che Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze 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 forma adimensionale come rapporto tra la snellezza λ (λ=L0/ρmin) e la snellezza critica λcr: cr A f yk N cr 200 membrature principali 250 membrature secondarie casi nei quali si può omettere la verifica di stabilità di un’asta compressa: Maurizio Orlando ≤ 0,2 oppure NEd ≤ 0,04 Ncr Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze 4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature 4.2.4.1.3.1 Aste compresse N b , Rd N b , Rd dove: A f yk M1 per le sezioni di classe 1, 2 e 3 Aeff f yk M1 per le sezioni di classe 4 1 2 2 1,0 con 0,5 1 0,2 2 dove il parametro α è il “fattore di imperfezione” curva a0 a b c d 0,13 0,21 0,34 0,49 0,76 Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze dipende dalla snellezza adimensionale e dal tipo di sezione Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze C4.2.4.1.3.1.5 Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli o imbottiture La verifica di aste composte costituite da due o quattro profilati, vedi Figura C4.2.10, posti ad un intervallo pari alle spessore delle piastre di attacco ai nodi e comunque ad una distanza 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 del collegamento, se gli interassi dei collegamenti soddisfano le limitazioni: ≤ 15 imin Maurizio Orlando ≤ 70 imin Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze C4.2.4.1.3.1.5 Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli o imbottiture Se non si rispettano le limitazioni viste, è possibile determinare un’appropriata snellezza equivalente dell’asta ricorrendo a normative di comprovata validità (ad es. CNR 10011): eq 2y 12 (per elementi ravvicinati collegati da imbottiture) C4.2.4.1.3.1.5 Sezioni composte da elementi ravvicinati collegati con calastrelli o imbottiture …………………… Nel caso di angolari a lati disuguali, tipo (6) di Figura C4.2.10, l’instabilità dell’asta con inflessione intorno all’asse y di Figura C4.2.10 può essere verificata considerando un raggio d’inerzia i iy 0 (C4.2.29) 1,15 dove i0 è il raggio d’inerzia minimo dell’asta composta. Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze 4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature ……….. Aste inflesse M b , Rd LT W y LT dove: M cr LT f yk M1 1 1 f 2 2 LT LT LT 1,0 1 1 2 LT f 2 W y f yk 0,5 1 LT LT LT LT , 0 LT M cr EJ y GJ T 1 Lcr Lcr (C4.2.30) Maurizio Orlando 2 EJ GJ T nelle NTC2008 compare per errore Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze La costante di ingobbamento per profili ad H o doppio T è definita come: J = Jz (h-tf)2 / 4 4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature ……….. Aste inflesse MB MB 0,3 1,75 1,05 MA MA (C4.2.31) 2 MA MB 1,132 1,285 1,365 Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze 4.2.4.1.3 Stabilità delle membrature ……….. Aste inflesse = 1 (0,75 per sezioni laminate e composte saldate) LT,0 = 0,2 (0,4 per sezioni laminate e composte saldate) LT a b c d 0,21 0,34 0,49 0,76 f 1 0,5 1 k c 1 2,0 LT 0,8 Maurizio Orlando 2 Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Fattore correttivo kc casi nei quali si può omettere la verifica a svergolamento [6.3.2.2(4) EC3-1-1]: LT LT ,0 oppure M Ed 2 LT ,0 M cr Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze Aste presso-inflesse Metodo A Circolare (C4.2.32) se il momento flettente varia lungo l’asta si assume, per ogni asse principale di inerzia, 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 │) Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze se il momento flettente varia con legge lineare si ha: MA MB Meq,Ed = 0,6 MA – 0,4 MB ≥ 0,4 MA (con│ MA │ ≥ │ MB │) Aste presso-inflesse in presenza di instabilità flesso-torsionale Maurizio Orlando Dipartimento di Ingegneria Civile e Ambientale, Firenze
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