Appunti del corso di dottorato:
INTRODUZIONE ALL'OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE
Ia parte
Lezione del 13 maggio 2014
Lecture of the Ph.D. Course on STRUCTURAL OPTIMIZATION
May, 13. 2014
Giornata tecnica da Acque del Chiampo, 27 marzo 2024 | BERTALLI+RUSSO
Applicazione dal Corso di dottorato: Ottimizzazione Strutturale - Bontempi
1. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 1
Introduzione alla
OTTIMIZZAZIONE STRUTTURALE:
esempio mensola TT
Franco Bontempi
Ordinario di Tecnca delle Costruzioni
Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale
Sapienza Universita’ di Roma
7. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 7
PORTATA MENSOLA
• La stragrande maggioranza dei tegoli (più
dell’80% del mercato USA) necessitano di una
mensola con capacità portante ULTIMA (UL)
intorno ai 70 Kips.
• Dalle analisi siamo convinti che sarà possibile
ridurre, almeno in parte, il peso della mensola.
In ogni caso il peso complessivo della mensola
non potrà superare i 7 Kg.
• Note:
– 70 Kips ULS = 70 x 4.45 kN = 312 kN = 31.2 t
– 70 / 2.5 = 28 Kips -> 312/2.5 = 125 kN = 12.5 t
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Str
o N
GER
8. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 8
CLASSE DI RESISTENZA
DELL’ACCIAIO
• Si e’ deciso di adottare per la forgiatura della
mensola, acciaio tipo S460M (ASTM 913 Grade
65) il cui valore di snervamento è 460 N/mm2 ed
è particolarmente tenace e resiliente anche a
basse temperature.
• Il forgiatore ha già confermato la disponibilità ad
usare questo acciaio.
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Str
o N
GER
35. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 35
Spessori (mm)
14 mm
6 mm
Sezioni Correnti (mm)
Rettangolare 40x18
Rettangolare 20x8
Rettangolare 30x10
Rettangolare 30x14
Tubolare
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Str
o N
GER
35
41. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 41
Ansys
Stato Limite di Esercizio Richiesto F = 120 KN
Total mechanical strain intensity
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Str
o N
GER
42. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 42
Ansys
Stato Limite Ultimo Richiesto F=180 KN
Total mechanical strain intensity
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Str
o N
GER
43. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 43
Ansys
Stato Limite di Collasso Richiesto F=230 KN
Total mechanical strain intensity
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Str
o N
GER
44. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 44
Ansys
Stato Limite di Collasso Effettivo F = 260 KN
Total mechanical strain intensity
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Str
o N
GER
53. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 53
Abaqus
Stato Limite di Esercizio Richiesto F = 120 KN
Ansys
Stato Limite di Esercizio Richiesto F = 120 KN
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Str
o N
GER
54. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 54
Abaqus
Stato Limite Ultimo Richiesto F=180 KN
Ansys
Stato Limite Ultimo Richiesto F=180 KN
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Str
o N
GER
55. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 55
Abaqus
Stato Limite di Collasso Richiesto F=230 KN
Ansys
Stato Limite di Collasso Richiesto F=230 KN
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Str
o N
GER
56. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 56
PUSHOVER
0
50
100
150
200
250
300
350
0 5 10 15
Force[KN]
Vert_Displ [mm]
Abaqus_ottimizzata (3D model) Ansys_Ottimizzata (2D model)
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Str
o N
GER
80. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 80
Steel mechanical properties degradation
T
<=100°C
200°C
400°C
600°C
800°C
500°C
2%
ε
20%0.2% 15%
σ
fyk
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Str
o N
GER
81. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 81
Mechanical Analysis
• The mechanical analysis shall be performed for the
same duration as used in the temperature analysis.
• Verification of fire resistance should be in:
– in the strength domain: Rfi,d,t ≥
Efi,requ,t
(resistance at time t ≥ load effects at time t);
– in the time domain: tfi,d ≥
tfi,requ
(design value of time fire resistance ≥ time
required)
– In the temperature domain: Td ≤
Tcr
(design value of the material temperature ≤
critical material temperature);
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Str
o N
GER
82. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 82
Verification of fire resistance (3D)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
T=T(t)
R=R(t,T)=R(t,T(t))=R(t)
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Str
o N
GER
83. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 83
Verification of fire resistance
(R-safe)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Rfi,d,t
Efi,requ,t
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Str
o N
GER
84. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 84
Verification of fire resistance
(R-fail)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
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Str
o N
GER
85. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 85
Verification of fire resistance (t)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
tfi,d ≥ tfi,requ
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Str
o N
GER
86. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 86
Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
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Str
o N
GER
87. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 87
Verification of fire resistance (T)
R = structural resistance
T = temperature
t = time
Efi,requ,t
Rfi,d,t
Failure !
Td ≤ Tcr
www.francobontempi.org
Str
o N
GER
88. Maggio 2014 franco.bontempi@uniroma1.it 88
0
200
400
600
800
1000
0 10 20 30 40 50 60
ISO 834
θ steel
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Str
o N
GER
ISO Fire - Steel Temperature