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- 1. Sapienza Università di Roma Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile A.A. 2013 – 14 ESERCITAZIONI 8 & 9 STRUTTURE IN ACCIAIO: SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 1 GENERALITÀ UNIONI BULLONATE UNIONI SALDATE Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio franco.bontempi@uniroma1.it, stefania.arangio@uniroma1.it Website: http://www.francobontempi.org 06 Dicembre 2013 12 Dicembre 2013
- 2. Outline Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 2/47 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 3. Outline Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 3/47 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 4. SCOMPOSIZIONE STRUTTURALE Generalità 4/47 Struttura Struttura Unioni bullonate Sottostruttura Sottostruttura Unioni saldate Componenti Componenti Elementi Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 5. SISTEMI DI COLLEGAMENTO Generalità L’acciaio è fornito dall’industria siderurgica in elementi di forme tipiche (profilati, lamiere, tubi) e di dimensioni unificate Unioni bullonate In questo senso assumono un ruolo fondamentale i collegamenti. Devono essere realizzati in modo che ciascun elemento semplice contribuisca alla capacità portante dell’insieme. Unioni saldate 5/47 Sistemi di collegamento nelle NTC 2008: A partire da questi elementi resistenti semplici è possibili costruire una qualsiasi struttura Sistemi di collegamento: dispositivi costruttivi che hanno lo scopo specifico di connettere due o più elementi strutturali inizialmente indipendenti • • • • bulloni normali bulloni ad attrito (AR) saldature chiodi (§ 11.3.4.6.1) (§ 11.3.4.6.2) (§ 13.3.4.5) (§ 11.3.4.6.3) Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 6. UNIONI TRA COMPONENTI STRUTTURALI Unioni correnti: servono per creare profili composti a partire da ferri piatti e cantonali (profili che non esistono sui sagomari, come travi alte e profili a cassone) Unioni di forza: (collegamenti) uniscono tra lori i vari elementi strutturali per formare l’intera costruzione Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 6/47 I giunti tra gli elementi sono realizzati nelle zone di diffusione (D regions): - Sono sede di concentrazioni di sforzi - Non vale la teoria della trave di Bernoulli (non sono verificate le ipotesi alla base della teoria di De Saint Venant) - Le indicazioni progettuali sono basate su basate su teorie e modellazioni semplificate supportate da analisi sperimentali o numeriche Immagine da http://dankuchma.com/stm Lo studio accurato delle unioni è fondamentale perché i collegamenti possono costituire il punto debole della struttura Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 7. CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (1) Unioni bullonate Generalità 7/47 Sistema di collegamento • bullonate • saldate • chiodate Tipo di sollecitazione che trasmettono • Taglio (T) • Sforzo normale (N) • Sforzo normale e taglio (N+T) (o vincolo che schematizzano) • Sforzo normale, taglio, momento (N+T+M) Unioni saldate Deformabilità incastro, vincolo continuità • flessibili • semirigide • rigide Statica cerniera • articolazioni • unioni a parziale ripristino • unioni a completo ripristino Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 8. CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (2) Unioni bullonate Generalità 8/47 Tipologia di componenti che vengono collegati 1 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. trave principale – trave secondaria (giunto di estremità) trave – trave continua trave – colonna colonna - colonna colonna – fondazione elementi di controventamento … 4 3 2 5 Unioni saldate 6 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 9. QUADRO RIASSUNTIVO DELLE TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI Unioni bullonate Generalità 9/47 COMPONENTI 1) Trave principale - trave secondaria Unioni saldate 2) Trave - trave continua 3) 4) 5) Trave - colonna (a 2, 3, 4 vie) 6) Controvento VINCOLO SOLLECITAZIONE cerniera T continuità T T+M RITTI: cerniera TELAIO: nodo rigido T T+M TIPO UNIONE bullonata bullonata bullonata con coprigiunto bullonata bullonata + saldata (giunto flangiato) 8) Colonna - plinto di fondazione N +( N*e) bullonata biella N bullonata cerniera 7) Colonna - colonna cerniera N incastro N+M Bullonata Bullonata + irrigidimenti Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 10. TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (ritti pendolari) Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 10/47 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 11. TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (controventi) Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 11/47 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 12. TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (telaio a nodi rigidi) Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 12/47 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 13. Outline Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 13/47 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 14. GENERALITA’ Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 14/47 VANTAGGI • Facilità e velocità di montaggio e smontaggio – per questo motivo nel tempo la bullonatura ha rimpiazzato la chiodatura • Flessibilità della struttura nel caso debba essere modificata per rispondere a nuove esigenze distributive • Riutilizzo delle parti strutturali SVANTAGGI • Gli elementi strutturali sono indeboliti dalla presenza dei fori (è necessario effettuare opportune verifiche) s s m • La presenza dei fori comporta una distribuzione delle tensioni caratterizzata da punte locali Ø Ø s max s min Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 15. MORFOLOGIA DEI BULLONI Generalità 15/47 Area nominale filettatura Unioni saldate Unioni bullonate Area resistente Bullone Vite con testa esagonale Rondella Rondella Dado Dado Area dei bulloni (CNR 10011 prosp. 4 IV) d [mm] Anom, area nominale [mm2] Ares, area resistente [mm2] 12 14 16 18 20 22 24 27 30 113 154 201 254 314 380 452 572 707 84 115 157 192 245 303 353 459 561 Diametro del foro = d bullone + 1 mm (fino d= 20 mm) Diametro del foro = d bullone + 1,5 mm (fino d > 20 mm) Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 16. CLASSI DEI BULLONI Unioni bullonate Generalità 16/47 ftb N/mm2 fdN N/mm2 fdV N/mm2 snervamento rottura fdN = 0,9ftb/γM2 fdV = 0,6ftb/γM2 4.6 240 400 288 192 5.6 300 500 360 240 6.8 Unioni saldate fyb N/mm2 480 600 432 288 CLASSE VITE N fdV = 0,6ftb/γM2 fdV = 0,5ftb/γM2 8.8 649 800 576 320 10.9 900 10*9= 90 Kg/mm2 = 900 N/mm2 1000 720 384 400 AR 480 Aresistente Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio Anominale ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 17. INTERASSE E DISTANZE TRA I FORI (NTC 2008, § 4.2.8.1.1) Generalità 17/47 Unioni saldate Unioni bullonate d = diametro bullone d0 = diametro foro t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 18. INTERASSE E DISTANZE TRA I FORI (NTC 2008, § 4.2.8.1.1) d = diametro bullone d0 = diametro foro t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati E’ necessario rispettare i limiti della normativa per rimanere nel campo di validità dei controlli sperimentali Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 18/47 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 19. STATI DI SOLLECITAZIONE Generalità 19/47 Si distinguono le unioni in: • unioni in cui il bullone è sollecitato a taglio • unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione Unioni saldate Unioni bullonate • unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione e taglio Per il calcolo dello stato di sollecitazione non si possono usare le formule della teoria della trave. La sezione di calcolo coincide con la sezione di applicazione delle forze e non è applicabile il principio di De Saint Venant IPOTESI utilizzate per lo studio delle unioni: • lamiera “inifinitamente” rigida – si trascura la sua deformazione • si trascura l’inflessione dei bulloni • si trascurano le concentrazioni di tensioni in corrispondenza dei bordi dei fori • pressioni uniformemente distribuite sui fori e sul gambo dei bulloni Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 20. UNIONI A TAGLIO Generalità 20/47 Forza che agisce nel piano di contatto tra gli elementi Si considera un collegamento elementare F/2 Unioni bullonate F F/2 Il bullone è soggetto a notevoli sforzi taglianti F F Unioni saldate F/2 F/2 F/2 F F F/2 F/2 F/2 F/2 F/2 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 21. UNIONI A TAGLIO: MODALITÁ DI COLLASSO 1) Rottura per strappo della lamiera 2) Rottura per recisione del gambo del bullone 3) Rifollamento della lamiera 4) Rottura per trazione della lamiera Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 21/47 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 22. UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (1/4) Unioni bullonate Generalità 22/47 1) Rottura per strappo della lamiera D D' F F F F E' E s = spessore m = proiezione orizzontale del segmento DD’ Unioni saldate Lo sforzo di taglio si divide su due sezioni di A = ms 1 τ1 = F ⋅ 2⋅m⋅s Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 23. UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (2/4) Generalità 23/47 2) Rottura per recisione del gambo del bullone F/2 F/2 F F/2 F F/2 F/2 Il gambo lavora su due facce Sulla sezione di A = π d2 /4 agisce la forza F/2 F/2 F 4 τ2 = ⋅ 2 π ⋅d2 Unioni saldate Unioni bullonate F/2 F/2 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 24. UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (3/4) Unioni bullonate Generalità 24/47 3) Rifollamento della lamiera F F Campo Campo Valore elastico plastico medio σ1 = F d ⋅s F Unioni saldate F a b c s = spessore d = diametro del bullone Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 25. UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (4/4) Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 25/47 4) Rottura per trazione della lamiera A F/2 F F F/2 F F F/2 A' sm Ø s max F/2 F σ2 = (a − d ) ⋅ s s a Ø a = altezza della lamiera d = diametro del bullone s = spessore s min Andamento delle tensioni intorno al foro Valore convenzionale medio della tensione Conoscendo le tensioni di collasso dei vari meccanismi è possibile risalire ai vari carichi di collasso. Il più piccolo dei 4 rappresenta l’effettivo carico ultimo del collegamento Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 26. UNIONI A TAGLIO: VERIFICHE Unioni bullonate Generalità 26/47 Una volta calcolate le tensioni agenti è necessario valutare la sicurezza nei confronti dei vari meccanismi di collasso. 4 meccanismi 4 verifiche (NTC 2008, § 4.2.8.1.1) 1) Verifica a strappo della lamiera La verifica a strappo è soddisfatta se il predimensionamento di distanze e interassi è stato effettuato seguendo le indicazioni della normativa 2) Verifica a recisione del gambo del bullone Con l’ipotesi che la tensione tangenziale si distribuisca uniformemente: Unioni saldate fVRd = fVRd = 0,6 f tb γM2 0,5 f tb γ M2 R ≤ fVRd τ = Ab R = risultante sul singolo bullone Ab = area della sezione interessata (Ab = A se il bullone lavora su una faccia Ab = 2A se il bullone lavora su due facce) Bulloni 6.8 e 10.9 con filettatura a contatto Ab = 2A Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio Ab = A ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 27. UNIONI A TAGLIO: VERIFICHE Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 27/47 R = risultante sul singolo bullone d = diametro del bullone s = spessore ftk = resistenza a rottura del materiale della piastra γM2 = 1,25 3) Verifica a rifollamento σ rif k ⋅ α ⋅ f tk R = ≤ s⋅d γM2 4) Verifica di resistenza della lamiera σ = N Arid o M σ= Wrid Se è presente anche sforzo tangenziale σ ≤ f yd V τ= Arid f yd 0,9 ⋅ f tk f yk = min ; γ M2 γ M0 σ = σ id = σ 2 + 3τ 2 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 28. UNIONI A TRAZIONE Forza che agisce in direzione perpendicolare al piano di contatto tra gli elementi Si considera un collegamento elementare FN Unioni bullonate Generalità 28/47 effetto leva Unioni saldate FN 0,9 ⋅ f tb N ≤ σ =γN ⋅ Ares γM2 γN = 1,25 per tenere conto dell’effetto leva e di eventuali flessioni parassite Ares = A resistente del bullone ftb = resistenza a rottura del bullone γM2 = 1,25 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 29. UNIONI A TAGLIO E TRAZIONE Unioni bullonate Generalità 29/47 Nel caso di presenza combinata di taglio e trazione si può adottare la formula di interazione lineare: FvEd FtEd + ≤1 FvRd 1,4 ⋅ FtRd FtEd sollecitazione di trazione di progetto FvEd sollecitazione di taglio di progetto Unioni saldate FvRd = FtRd 0,6 f tb⋅ Ares γM2 0,9 ⋅ f tb ⋅ Ares γM2 Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 30. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE Unioni bullonate Generalità 30/47 Le unioni reali sono costituite da più bulloni. E’ necessario utilizzare metodi di calcolo che permettono di ripartire gli effetti delle azioni esterne tra gli n bulloni Ipotesi semplificative • lamiera “infinitamente” rigida • bulloni perfettamente elastici •T e N si ripartiscono in modo uguale tra i bulloni • lo spostamento di ogni bullone è costante e proporzionale alla distanza dal baricentro T T MT N Unioni saldate e Se lo sforzo di taglio non è applicato sull’asse baricentrico nasce un momento torcente Se lo sforzo normale non passa per il baricentro della bullonatura bisogna considerare anche gli effetti di un momento flettente Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 31. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO Generalità 31/47 (E TORSIONE) T M T V T .1 V T .2 Unioni saldate Unioni bullonate V V V1 V2 V T + V T .3 M M T = V T .4 V V3 T T V4 V T .5 V Si trasporta la forza al baricentro della bullonatura Si genera un momento torcente MT V T .6 V Lo sforzo di taglio si ripartisce tra gli n bulloni T V = ns n ns = numero sezioni resistenti V5 Anche MT si ripartisce tra i bulloni VT = MT n ⋅ ∑ y i2 Su ogni bullone agisce la risultante di V e VT ⋅ yi yi = distanza dal baricentro della bullonatura Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio V6 ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 32. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE Unioni bullonate (E FLESSIONE) M e N M Fi = ⋅ yi y i2 ∑ N FN = n Lo sforzo normale si ripartisce tra i bulloni Unioni saldate N ymax yi Generalità 32/47 M è proporzionale alla distanza dei bulloni dall’asse neutro Lo sforzo totale massimo nel bullone più sollecitato sarà: Fmax = M 2 ⋅ ∑ y i2 ⋅ y max + N n Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 33. Outline Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 33/47 I sistemi di collegamento: generalità Unioni bullonate Unioni saldate Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 34. TECNOLOGIA DELLE UNIONI PER SALDATURA Unioni bullonate Generalità 34/47 UNI 1307 Per saldatura si intende il processo mediante il quale si effettua l’unione dei pezzi metallici sotto l’azione del calore, con o senza l’apporto di un materiale metallico, in modo da realizzare nei tratti di collegamento la continuità fra i pezzi stessi. VANTAGGI • collegamenti più rigidi • si evita l’indebolimento dovuto ai fori dei bulloni • le saldature occupano meno spazio. I giunti sono più snelli • gli elementi da unire non devono subire un trattamento iniziale (per le bullonature bisogna realizzare i fori Unioni saldate SVANTAGGI • La buona riuscita dipende principalmente dall’operaio (si cerca infatti di farle il più possibile da manodopera specializzata in officina dove c’è più controllo) • Maggiori oneri di lavorazione che portano a costi maggiori Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 35. PROCEDURE DI SALDATURA Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 35/47 Saldature a pressione • Sono utilizzate per realizzare le strutture composte acciaio – cls • I connettori sono saldati alla trave e la collegano alla soletta in cls • Non si usa materiale d’apporto Saldature a fusione • • • Si crea continuità tra gli elementi gas scoria Il materiale proviene da un corpo esterno. E’ necessario farlo sciogliere e una volta sciolto cordone proteggere il bagno di fusione per evitare un zona di trazione raffreddamento troppo rapido elettrodo rivestimento arco guidato metallo fuso metallo di base Esistono oltre 40 tipi di diversi di procedure Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 36. Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 36/47 PROCEDURE DI SALDATURA (1/2) Saldatura manuale ad arco con elettrodi rivestiti E’ la più usata perché è la più semplice (si può fare anche in opera) ed è molto versatile. elettrodo pinza porta elettrodo cordone di saldatura manico isolante Il generatore trasmette corrente che crea un arco elettrico tra l’elettrodo e il materiale base a causa della d.d.p. pezzi da saldare (materiale base) Si crea una sorgente di calore localizzata che fa fondere entrambi e dal raffreddamento si ottiene il cordone di saldatura. generatore L’elettrodo è una bacchetta di materiale siliceovetroso (è più leggero dell’ acciaio fuso quindi galleggia sul materiale base e forma una pellicola protettiva contro l’idrogeno dell’atmosfera che fragilizza l’acciaio) Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 37. PROCEDURE DI SALDATURA (2/2) Unioni bullonate Generalità 37/47 Saldatura automatica ad arco sommerso Di suo industriale. E’ caratterizzata da bagli di fusione di elevate dimensioni La sorgente termica è costituita da un filo avvolto in matassa che un opportuno dispositivo meccanico provvede a far avanzare man mano che si fonde La parte da saldare è ricoperta da sabbia che protegge l’acciaio fuso (“sommerso” perché coperto dalla sabbia) Saldatura automatiche o semiautomatiche sotto gas di protezione Saldature a filo continuo in cui la protezione del bagno di fusione è affidata a un gas inerte o a un gas chimicamente attivo. Hanno un costo elevato e sono utilizzate per saldare acciai particolari Unioni saldate Saldature con elettrodo infusibile L’arco elettrico scocca tra un elemento di tugsteno e il materiale base. L’elettrodo di tugsteno serve solo per far scoccare l’arco. Il materiale di apporto proviene da una bacchetta dello stesso materiale da saldare. Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 38. POSSIBILI DIFETTI Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 38/47 • Mancanza di penetrazione: il cordone non collega l’intera sezione da saldare (errore dell’operatore o lembi preparati male) • Inclusioni solide: scorie nel bagno di fusione • Soffiature: cavità formate dai gas che si liberano durante la saldatura • Cricche a freddo: microfessure nel materiale base ai margini del cordone di saldatura. Dovute in genere a raffreddamento troppo rapido • Cricche a caldo: fessure nella zona fusa causate da un elevato tenore di impurezze nel bagno di fusione. E’ il difetto peggiore. cricche a freddo • Deformazione Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 39. CLASSIFICAZIONE Unioni bullonate Generalità 39/47 Esistono due classi (NTC 2008 - § 4.2.8.2, CNR 10011/97 - § 2.5.3) 1) Giunti a completa penetrazione testa a testa aT a croce • Viene ripristinata la continuità tra i pezzi uniti • Diventano monolitici (e vanno verificati come tali) La resistenza di calcolo dei collegamenti si assume uguale alla resistenza di progetto del più debole tra gli elementi connessi Unioni saldate 2) Giunti a cordone d’angolo discontinuità discontinuità • Gli elementi da unire non vengono preventivamente modellati • Sono solo accostati. Si hanno discontinuità nel flusso delle tensioni Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 40. Unioni bullonate Generalità 40/47 GIUNTI A CORDONE D’ANGOLO: CALCOLO E VERIFICHE Il problema di verificare la resistenza di un cordone d’angolo è stato oggetto di numerosi studi. Tutti i metodi proposti si basano su una ipotesi semplificativa: le tensioni si vengono considerate uniformemente distribuite sulla sezione di gola (a*L) Reale distribuzione degli sforzi. Mano a mano che il materiale si plasticizza si ha una ridistribuzione degli sforzi e le disuniformità si attenuano Altezza di gola a Sezione di gola ribaltata Unioni saldate Sezione di gola nella reale posizione Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 41. VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA: CENNI STORICI Generalità Lo scopo era quello di tracciare il dominio spaziale delle resistenze Unioni bullonate 41/47 Si cerca un dominio con una forma traducibile in equazione • Van den Eb traccia un dominio a peroide a partire da risultati sperimentali 2 σ⊥ • ellissoide ISO f 2 u + 2 τ⊥ (0,58 ⋅ f u ) 2 + 2 τ // (0,70 ⋅ f u ) 2 =1 Unioni saldate • sfera inglese (BS, 1966): raggio pari a 0,58·fu; • sfera americana (AISC, 1969): raggio pari a 0,61·fu; • sfera tedesca (DIN, 1968): raggio pari a 0,70·fu. Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 42. VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA (NTC E CNR) In Italia: • si vuole mantenere l’interpretazione delle DIN ma rendendola più cautelativa • SFERA MOZZA Si vuole evitare una formulazione analitica di tipo quadratico Sfera tagliata da due coppie di piani passanti per 0,58fu su entrambi gli assi Unioni saldate Unioni bullonate Generalità 42/47 Verifiche 2 2 2 t ⊥ + n⊥ + t // ≤ 0,7 ⋅ β ⋅ f yd t ⊥ + n⊥ ≤ 0,58 ⋅ 2 ⋅ β ⋅ f yd Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 43. σ⊥ n⊥ a stato tensionale σ⊥ limitazioni σ τ τ⊥ t⊥ 2 ⊥ + τ 2 ⊥ Fe 360 2 // + τ τ⊥ + σ⊥ ≤ τ⊥ τ σ⊥ + σ ⊥ ⊥ τ τ⊥ ≤ ⊥ σ σ ≤ ⊥ ≤ 0,85 f yd 0,70 f yd f yd 0,85 f yd f yd ≤ Fe 430/ 510 0,85 f yd 0,85 f yd 0,70 f yd 0,85 f yd 0,70 f yd ≤ ⊥ τ σ⊥ + τ 2 // σ 2 ⊥ + τ 2 // ≤ 0,85 f yd 0,70 f yd ⊥ ≤ 0,85 f yd 0,70 f yd σ τ 2 ⊥ τ τ τ⊥ ⊥ ≤ 0,85 f yd 0,70 f yd ≤ 0,85 f yd 0,70 f yd ≤ τ⊥ σ⊥ τ τ //
- 44. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE Generalità 44/47 Cordoni laterali Cordone frontale F/2 F L Unioni bullonate F/2 a F/2 F/2 L a F τ // = ≤ 0,85 ⋅ f yd ∑ Li ⋅ a i i ⋅ ai = 4 ⋅ L ⋅ a Unioni saldate ∑L F σ⊥ = ≤ 0,85 ⋅ f yd 2⋅ L⋅a Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014 F
- 45. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO Generalità 45/47 Cordoni frontali longitudinali Cordoni frontali trasversali L L F a n⊥ F t⊥ σ⊥ h Unioni saldate Unioni bullonate a h b τ⊥ n⊥ σ⊥ t⊥ L’area resistente è pari a A = 2·a·h a ⋅ h2 con modulo di resistenza W = 2 ⋅ 6 La massima tensione derivante dal momento flettente è pari a: M 3 σ ⊥ max = = F ⋅l ⋅ 2 W F τ // = 2⋅a⋅h 2 2 σ ⊥ max + τ // ≤ 0,85 ⋅ f yd W = b⋅a⋅h M F ⋅L = W b⋅a⋅h F τ⊥ = 2⋅b⋅a σ⊥ = a⋅h σ⊥ + τ⊥ = FL F + ≤ f yd (o 0,85 ⋅ f yd) b⋅ a ⋅h 2⋅a ⋅b σ ⊥ ≤ 0,85 ⋅ f yd (o 0,70 ⋅ f yd ) τ ⊥ ≤ 0,85 ⋅ f yd (o 0,70 ⋅ f yd ) Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 46. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO Generalità 46/47 F A σ- max Unioni bullonate B τ flessione taglio Unioni saldate Verifica nel punto A σ ⊥max A ≤ 0,85 ⋅ f yd Verifica nel punto B 2 2 σ ⊥ B + τ // B ≤ 0,85 ⋅ f yd Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio (o 0,70 fyd) ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 47. EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TORSIONE 47/47 Generalità Cordoni laterali a H Cordoni frontali a MT a MT V h L Unioni saldate Unioni bullonate h V H z a L V= MT H= (h + a ) H τ // = a⋅L τ // = τ // ≤ 0,85 ⋅ f yd MT z MT V = L⋅a z⋅L⋅a (o 0,70 fyd) Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio ESERCITAZIONE 8&9 A.A. 2013 - 2014
- 48. Sapienza Università di Roma Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile A.A. 2012 – 13 ESERCITAZIONI 10&11 PROSSIME ESERCITAZIONI STRUTTURE IN ACCIAIO: SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2 ESEMPI: GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA) GIUNTI TRAVE – COLONNA UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE UNIONE COLONNA – COLONNA UNIONE COLONNA FONDAZIONE UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio Website: http://www.francobontempi.org