Presentazione di PowerPoint - Corsi di Studio di Ingegneria

Prof. Raffaele LANDOLFO
Progettare Con
/·$&&,$,2
In Zona Sismica
Università degli Studi
di Napoli Federico II
/·$TXLO DPDU]R
Introduzione
/DVILGDGHOO¶DFFLDLR
/$9(5$6),'$(·0(7 7(5(
ALLA LUCE IL POTENZIALE
,1),1,72'(//(&26(«
SCOPRENDONE I LIMITI PER
POTERLI MIGLIORARE
Cherie Carter-Scott
Prof. R. Landolfo
2
Il Materiale
Generalità: Prerogative
Richieste del mercato globale
delle costr uzioni
1.
Confort e design
(Architettura)
2.
Sicurezza, Durabilità
(Ingegneria)
3.
Costi accessibili
(Economia)
4.
Sostenibilità ambientale
(Tutti)
Richiesta di acciaio nelle
applicazioni industriali
Incremento annuo pervisto al
2010
prof.
R. Landolfo
Prof.
R. Landolfo
33
Unità I.2) I sistemi strutturali in acciaio: Generalità
Il Materiale
Generalità: Prerogative
Le prerogative di un sistema costruttivo sono intrinsecamente legate alle caratteristiche fisicomeccaniche del materiale impiegato per la realizzazione dei suoi componenti strutturali.
Elevata leggerezza
Strutturali
Buona resistenza
Vantaggi
Duttilità
TecnologicheCostruttive
Strutture di
grande luce
Strutture
sismosistenti
- Costi diretti
Uso differenziato dei
materiali
- Costi indiretti
Design e qualità
dei componenti
Strutture
High-Tech
Rapida di trasporto,
montaggio e messa in opera
Ambientali
Riduzione costi
Prefabbricabili
Reciclabili
Strutture
ecosostenibili
¼
Svantaggi
‡ Bassa resistenza al fuoco
‡ Elevata deformabilità
dovuta al basso rapporto E/fy
‡ 3UREOHPLGLLQVWDELOLWjGHOO¶HT
dovuti alla elevata snellezza
‡ Prestazioni effettive molto
prossime a quelle di calcolo
Prof. R. Landolfo
4
Il Materiale
'DOOD*KLVDDOO¶DFFLDLR: Classificazione
In base al principale elemento metallico contenuto nella lega possiamo differenziare le leghe
in ferrose e non ferrose
LEGHE FERROSE
La Ghisa
C > 2%
Gli Acciai
C < 2%
Fe
Acciai da Carpenteria
Acciai da Cemento Armato
Fe
Cu, ..
Leghe Pesanti:
Al
Leghe Leggere
LEGHE NON
FERROSE
Bronzo (Sn 16%)
Ottone (Zn 45%)
5
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Il Materiale
Classificazione: Nomenclatura
Europea EN 10025
S
235
J2
(G3 + Z15)
Italiana UNI 7070
Fe
360
D
Gruppo Acciai
Acciaio strutturale
El. principale della lega
Acciaio strutturale
Carat. meccaniche (resistenza)
Tensione di snervamento fy (235, 275, 355, 420, 460)
Carat. meccaniche I
Tensione di rottura fu o ft
Carat. meccaniche (tenacità-saldabilità)
Classi di riesilienza (J0, JR, J2, J3, J4)
Carat. meccaniche II
Classi di riesilienza (B, C, D, DD)
Carat. fisiche e speciali richieste
Ad es.
M lam. Termomecanica, N lam. Normalizzata etc..
W resistente alla corrosione, L per basse temperature etc
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N.B. Gli acciai S235 e Fe360 sono, a parità
di resilienza, lo stesso materiale
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Il Materiale
Indagini sperimentali: generalità
Essendo O¶DFFLDLR un prodotto di tipo industriale, il controllo di qualità GHOO¶DFFLDLR è eseguito in stabilimento (prodotti
qualificati ai sensi della norma UNI EN 9001) secondo le specifiche GHOO¶ Allegato 8 del D.M. Min. LL.PP. 9
Gennaio 1996 o del par.11.2 del D.M. del 14/09/2005 (ex TU)
Obiettivi
Tipi di prove std
‡ Prove a Trazione
(EN 10002 Parte I)
‡ Idoneità del processo produttivo
‡ Determinazione delle proprietà
meccaniche
‡ Prove di Resilienza
statiche
dinamiche
‡ Analisi Chimiche
Controllo statistico della
qualità
fk = fm˜ (1 - k˜G)
7
Prof. R. Landolfo
Il Materiale
Indagini sperimentali: generalità
La caratterizzazione probabilistica delle proprietà meccaniche GHOO¶DFFLDLR avviene eseguendo un numero
statisticamente significativo di prove (almeno 10), ipotizzando che i parametri misurati rispettino una
distribuzione Gaussiana o normale della densità di probabilità
Frequenza
f = ni/ntot
Digramma di Frequenza
Xi è la misura del parametro meccanico X
che si vuole caratterizzare
fi è la frequenza relativa associata
parametro meccanico rilevato Xi ed esprime
in percentuale in numero di volte (ni) in cui
tale parametro ha raggiunto il valore Xì (o è
interno ad un intervallo) rispetto al numero
totale di misurazioni (ntot) eseguite
Xk è il valore
fi
Parametro
misurato
Xk
Xi
X
Xm=6 Xi /n
n
s
Xk =Xm - k ˜ s
¦ ( X i X m )2
i 1
n 1
caratteristico del
parametro misurato e corrisponde al frattile
inferiore di ordine k (in genere il 5%) ovvero
che ha la probabilità di essere minorato del
5%
Xm è il valore medio del parametro
misurato (media aritmetica) e corrisponde
alla probabilità del 50% di essere minorato
sm è lo scarto quadratico medio e
misura la disperione dei risultati
k è un coefficiente di distribuzione (vedi tab)
Valore caratteristico
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8
Il Materiale
Indagini sperimentali: La prova a trazione
Interpretazione
F
F
F
F
S235
Esempi di cur ve sperimentali V - H
S420W
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Il Materiale
Indagini sperimentali: Influenza del fuoco
Andamento del modulo elastico con
la temperatura
Interpretazione
Diagramma VH di un acciaio al
carbonio al variare della temperatura
F
0.80
V
T=20ƒC
E(T)/E0
F
0.90
T=200ƒC T=400ƒC
T [ƒC]
F
S235
fy(T)/fy0
Andamento di fy con la
temperatura
F
H
Feb
0.90
0.60
N.B. Si ha un degrado della
resistenza (fy e fu) e della rigidità
(E) del materiale
prof.
R. Landolfo
Prof.
R. Landolfo
10
Il Materiale
Indagini sperimentali: La prova di resilienza
Esecuzione della prova
'H
Provini e Interpretazione
W
'E
E0 E W ˜ ( H 0 H )
Lavoro Speso Durante la
Prova
(J)
Pendolo di Charpy
Macchina di Prova della British Steel
R
'E
A0
Resilienza KV
(J/cm2)
Proprietà meccaniche misurate
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Le membrature e gli elementi strutturali
Classificazione e cenni sui processi produttivi
Processo
Laminati
piani e coils
Lamiere (t>3mm)
Lamierini (td3 mm)
‡ Laminazione a caldo
‡ Trafilatura (*)
‡ Lavorazione a freddo
con saldatura (*)
Profilati
laminati a
caldo
HE
Prodotti
siderurgici
industrializzati
‡Laminazione a caldo
‡Laminazione a freddo
IPE
UPN
OHS (*)
Profilati per
composizione
saldata
‡ Laminazione a caldo
con saldatura (*)
Alveolate
IFB
SFB
‡ Piegatura a freddo
Profili
formati a
freddo
- Profilatura
- Pressopiegatura
- Stampaggio
Lamiere grecate
Profili a Z o C
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Le unioni
Classificazione
Colonna- Trave
Nodi
Al tipo di
elementi
collegati
TraveTrave
Colonnafondazione
Giunti
Colonna
Metodologia di
classificazione
Comportamento
strutturale(*)
rispetto alle
membrature
congiunte
Completo
ripristino
Parziale
ripristino
Trave
(*) Rispetto ad uno dei
seguenti parametri:
‡ Resisenza M
‡ Rigidezza
‡ Duttilità
Nodi a
completo
ripristino
Membrature
collegate
Nodi a
parziale
ripristino
Senza
ripristino
Alla tecnologia
G·XQLRQHDGRWWDWD
Con organi
meccanici
Con
saldatura
M
Rivetti
Bulloni
Laser
Arco
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Prof. R. Landolfo
Le membrature e gli elementi strutturali
Unioni con organi meccanici: tipologie
Bulloni
Chiodi
Per carpenteria pesante
‡ Bulloni (d[12 30mm]
‡ Chiodi (d t8 mm)
Viti
Tipologie di
organi
meccanici
Per carpenteria leggera (*)
‡ Rivetti (d< 8 mm)
‡ Viti autofilettanti
‡ Clincatura
Rivetti
(*) Le strutture in
carpenteria leggera si
differenziano da quelle in
carpenteria
pesante
perchè
realizzate
integralmente
con
membrature formate a
freddo
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Ancoraggi
‡ Tasselli chimici
‡ Tasselli meccanici
Clincatura
Tasselli
meccanici
Tasselli chimici
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Le unioni
Unioni saldate: tipologie
N.B..
In ambito strutturale si adottano generalmente
saldature autogene per fusione ovvero
saldature nelle quali il materiale di base,
portato a fusione, partecipa alla realizzazione
GHOO¶XQLRQH
Processo(*)
(*) Saldature più
comuni in ambito
strutturale
Con elettrodo
Ad arco con
elettrodo rivestito
Con protezione di
gas
Strutture in acciaio
Ad arco in ambiente
protetto (MIG, MAG, TIG)
Laser
Strutture in lega di
alluminio e inox
Speciali (Laser, spot
weld)
Strutture cold-formed
Tipologie
di
Saldatura
T
Per sovrapposizione
'¶DQJROR
Strutture ordinaria
Forma del
cordone
T
A completa
penetrazione
Testa a testa
Strutture ad alta
duttilità e serbatoi
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Prof. R. Landolfo
Le Tipologie Strutturali
Gli edifici multipiano: classificazione
Telai non
controventati
Tipologia
strutturale
Telai
controventati
Classificazione
degli edifici
multipiano
Telai a nodi
spostabili
Stabilità
laterale
Telai a nodi fissi
Telai a nodi
rigidi
Tipo di
nodo travecolonna
k
Telai a nodi semirigidi
Telai con
articolazioni
(schema pendolare)
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Il Quadro Normativo
Le norme tecniche per costruzioni metalliche
Evoluzione nor me tecniche
Nor mative vigenti in italia
(non sismiche)
< 1907 Norme puramente prescrittive
1907 Regio Decreto del 10/01/1907
³1RUPHHFRQGL]LRQLSHULPDWHULDOL
DJJORPHUDWLLGUDXOLFLHSHUOHRSHUHLQFD´
Legge
quadro
‡ Legge n. 1086 del 5/11/1971
Norme
sulle
azioni
Fino a
‡ D.M. LL.PP. 16/1/1996
Giu. 2009(*)
‡ Ordinanza del PCM n. 3274
‡ Norme Tecniche per le Costruz
Da
Mar. 2008
(aggiornamento DM 2005)
Prima norma pseudoprestazionale in termini
tensionali (M.T.A.)
1939 Regio Decreto del 16/11/1939
³1RUPHSHUODHVHFX]LRQHGHOOHRSHUHLQ
FRQJORPHUDWRFHPHQWL]LRVHPSOLFHHGDUPDWR´
Norme
per il
controllo
,QWURGXFHYDLOFRQWUROORHO¶DSSURYD]LRQHGHOSURJHWWRGD
parte della Prefettura (e Genio Civile), la quale al termine
GHOODFRVWUX]LRQHULODVFLDYDODOLFHQ]DG¶XVRVXERUGLQDWD
alla presentazione di un certificato di Collaudo
1971 Legge n. 1086 del 5/11/1971 e DM con
&LUGDDJJLRUQDUHRJQLDQQL«
³1RUPHWHFQLFKHVXOOHRSHUHLQFRQJORPHUDWR
cementizio normale e precompresso ed
DFFLDLR´
Introduceva una impostazione probabilistica per la
caratterizzazione dei materiali e regolamentava in
maniera unitaria le diverse tecnologie costruttive
‡
‡
‡
‡
D.M. LL.PP. 1/1/1996
CNR 10011 del 1988
Eurocodice 3
Norme Tecniche.. (ex. T.U.) e
suoi aggiornamenti
Fino a
Giu. 2009(*)
Da
Mar. 2008
>1990 Eurocodici (recepite in italia EC3)
³1RUPHHXURSHHVXOOHFRVWUL]LRQL´
1RUPHSUHVWD]LRQDOLFKHLQWURGXFRQRO¶REEOLJRGLXWLOL]]RGHO
metodo semiprobabilistico agli stati limite per il controllo teorico
Gen. DM. LL. PP. 14/01/2008 Norme Tecniche per le
2008 costruzioni
Norma unica per le costruzioni in zona sismica e non
(*) Per un periodo transitorio di 18 mesi potranno essere utilizzate sia
le nuove NTC che la precedente versione o in alternativa i DM 1996*
17
Prof. R. Landolfo
Il Quadro Normativo
Eurocodice 3
Le norme tecniche per costruzioni metalliche
Prof. R. Landolfo
18
Il Quadro Normativo
Gazzetta Ufficiale
n. 29 del 4 febbraio 2008
N.B. IL DM entra in vigore 30 gg
dopo la pubblicazione sulla
gazzetta ufficiale
CNR UNI 10011
DM. LL. PP. 14/01/2008
Le norme tecniche per costruzioni metalliche
19
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Il Quadro Normativo
DM. LL. PP. 14/01/2008
Le norme tecniche per costruzioni metalliche
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Il Quadro Normativo
DM. LL. PP. 14/01/2008
Le norme tecniche per costruzioni metalliche
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Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
INTRODUZIONE AL CALCOLO DELLE STRUTTURE IN ACCIAIO
Prof. R. Landolfo
22
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
Definizione e classificazione
7(25,$'(//$3/$67,&,7$¶
Prestazioni
str utturali di
una
membratura
Capacità
portante
7(25,$'(//$67$%,/,7$¶
In linea del tutto generale si può
affermare che per effetto deiI
fenomeni di instabilità si verifica
XQ¶erosione della resistenza plastica
delle membrature metalliche
23
Prof. R. Landolfo
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
Le membrature: Resistenza plastica
Trazione (Nx)
Compressione (Nx)
Sollecitazioni semplici
Flessione (My ; Mz)
Taglio (Vz; Vy)
Resistenza
Plastica delle
membrature
Torsione (Tx)
Flessione composta (N-M)
Sollecitazioni composte
Flessione-Taglio (M-V)
Prof. R. Landolfo
24
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
Definizione e classificazione
Classificazione tradizionale
‡Compressione (carico di punta)
Regime di sollecitazione
‡Flessione (svergolamento)
‡Pressoflessione
In s t a b .
Improvvisa
(I specie)
In st a b .
progressiva
(II specie)
b
L
Classificazione
dei fenomeni
instabili
O
h
‡Locale (Lc)
Geometria del fenomeno
‡Distorsionale (D)
‡Globale (G)
‡Accoppiato (G-Lc)
Confronto tra la
VHPLOXQJKH]]DG¶RQGD(O)
e le dimensioni del
profilo: lunghezza del
profilo (L)
Larghezza (b) altezza (h)
25
Prof. R. Landolfo
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
Definizione e classificazione
O
Classificazione
dei fenomeni
instabili
Carattristiche
‡
‡
min (h, b) <O< L
Cambiamento di forma della
sezione con spostamento dei
³QRGL´
‡Locale (L)
Geometria del fenomeno
‡Distorsionale (D)
‡Globale (G)
‡Accoppiato (G-L)
Prof. R. Landolfo
26
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
Definizione e classificazione
O
Classificazione
dei fenomeni
instabili
Carattristiche
‡
‡
min (h, b) <O< L
Cambiamento di forma della
sezione con spostamento dei
³QRGL´
‡Locale (L)
Geometria del fenomeno
‡Distorsionale (D)
‡Globale (G)
‡Accoppiato (G-L)
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Prof. R. Landolfo
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
Definizione e classificazione
O
Classificazione
dei fenomeni
instabili
Carattristiche
‡
‡
min (h, b) <O< L
Cambiamento di forma della
sezione con spostamento dei
³QRGL´
‡Locale (L)
Geometria del fenomeno
‡Distorsionale (D)
‡Globale (G)
‡Accoppiato (G-L)
Prof. R. Landolfo
28
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
67$%,/,7$¶
Instabilità globale
Instabilità locale
29
Prof. R. Landolfo
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI
Prof. R. Landolfo
30
Introduzione al Calcolo delle Strutture in Acciaio
31
Prof. R. Landolfo
Considerazioni Conclusive
Prof. R. Landolfo
32
Thank you for your
attention