Connessioni in Acciaio - Lezione 14 dicembre2012
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Lezione del 14 dicembre 2012 dell'Ing. Chiara Crosti - Corso di Costruzioni Metalliche del Prof. Ing. Franco Bontempi presso la Facolta' di Ingegneria della Universita' di Roma La Sapienza
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- 1. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ROMA, 13 DICEMBRE 2012 CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di Costruzioni Metalliche Tenuto dal Prof. Ing. Franco Bontempi Anno Accademico 2012/2013 Ing. Chiara Crosti “Sapienza” Universita’ di Roma Sapienza” Universita’ chiara.crosti@uniroma1.it, chiara.crosti@uniroma1.it, chiara.crosti@francobontempi.org
- 2. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Ing. Chiara Crosti Introduction E-mail: chiara.crosti@francobontempi.org - chiara.crosti@uniroma1.it • Dottorato in Ingegneria delle Strutture Universita’ di Roma “Sapienza”, XXIII Ciclo, Novembre 2011. Titolo tesi: “Improving the safety of steel bridges through more accurate and affordable modeling of connections”, relatore: Prof. F. Bontempi, Part I correlatore: Dr. Dat Duthinh. • Guest researcher presso il National Institute of Standard and Technology (NIST) in Gaithersburg, Maryland, USA; • Costruzioni in acciaio: Part II • Ottimizzazione strutturale e identificazione del rischio nel caso di Multi- Hazard; • Analisi non lineari ad elementi finiti di connessioni in acciaio sottoposte a condizioni di carico estreme. Conclusions • Laurea in Ingegneria civile indirizzo Strutture, Settembre del 2007. Titolo tesi: “Analisi strutturale per la valutazione prestazionale delle costruzioni in acciaio soggette ad incendio", relatore prof. F. Bontempi, correlatore Ing. F. Petrini. CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 3. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Introduction OUTLINES ASPETTI GENERALI Part I ASPETTI NORMATIVI Definizioni, Classificazioni, Metodo delle componenti Part II ASPETTI APPLICATIVI Applicazione del metodo delle componenti Part III MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 4. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Introduction OUTLINES ASPETTI GENERALI Part I ASPETTI NORMATIVI Definizioni, Classificazioni, Metodo delle componenti Part II ASPETTI APPLICATIVI Applicazione del metodo delle componenti Part III MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 5. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI GENERALI UNIONI IN ACCIAIO Introduction 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: uniscono tra lori i vari elementi strutturali per formare l’intera costruzione I giunti tra gli elementi sono realizzati nelle zone di diffusione Part I (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 Part II Venant) - Le indicazioni progettuali sono basate su teorie e modellazioni semplificate supportate da analisi sperimentali o numeriche Immagine da http://dankuchma.com/stm Part III Lo studio accurato delle unioni è fondamentale perché i collegamenti possono costituire il punto debole della struttura. “TECNICA DELLE COSTRUZIONI Basi della progettazione Elementi intelaiti in acciaio”. F. Bontempi, S. Arangio, L. Sgambi. Carocci, Roma. 2008” CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 6. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Crollo di capannoni a seguito del sisma, Maggio 2012 Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
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- 10. Part III Part II Part I Introduction I-35W DIFFERENT CAUSES OF COLLAPSE CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 11. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI GENERALI ZONE NODALI IN UN TELAIO IN ACCIAIO Introduction 1) Trave-colonna singolo 2) Trave-colonna Part I doppio 3) Continuità trave-trave 4) Continuità colonna-colonna Part II 5) Colonna- fondazione Part III Lorenzo Conversano-ValutazioneCROSTI – delle connessioni semi-rigide nell’analisi globale delle strutture in acciaio dell’influenza CONNESSIONI IN ACCIAIO
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- 15. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI GENERALI ZONE NODALI IN UN TELAIO IN ACCIAIO Introduction 1) Trave-colonna singolo 2) Trave-colonna Part I doppio 3) Continuità trave-trave 4) Continuità colonna-colonna Part II 5) Colonna- fondazione Part III Lorenzo Conversano-ValutazioneCROSTI – delle connessioni semi-rigide nell’analisi globale delle strutture in acciaio dell’influenza CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 16. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI GENERALI SISTEMI DI COLLEGAMENTO Introduction CHIODATI BULLONATI SALDATI cerniera Part I •Cadute in disuso; •Facilità e velocità di montaggio e •Collegamenti più rigidi; •Poiché montati a caldo, nei smontaggio; • Si evita l’indebolimento Part II gambi si generavano spesso • Flessibilità della struttura nel caso dovuto ai fori dei bulloni; tensioni di trazione che debba essere modificata per rispondere • Le saldature occupano portavano anche alla rottura a nuove esigenze distributive; meno spazio. I giunti sono del chiodo stesso; • Riutilizzo delle parti strutturali; più snelli; • Non possono essere •Gli elementi strutturali sono indeboliti •Gli elementi da unire non scomposte a meno che non si dalla presenza dei fori; devono subire un trattamento Part III distruggano gli elementi di • La presenza dei fori comporta una iniziale (per le bullonature connessione. distribuzione delle tensioni bisogna realizzare i fori). caratterizzata da punte locali . CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 17. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Introduction OUTLINES ASPETTI GENERALI Part I ASPETTI NORMATIVI Definizioni, Classificazioni, Metodo delle componenti Part II ASPETTI APPLICATIVI Applicazione del metodo delle componenti Part III MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 18. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI ASPETTI NORMATIVI Introduction NTC 2008 Part I Part II 4.2.8.1 Unioni con bulloni, chiodi e perni soggetti a carichi statici 4.2.8.2 Unioni saldate 4.2.8.3 Unioni soggetti a carichi a fatichi 4.2.8.4 Unioni soggetti a vibrazioni, urti e/o inversioni di carico Part III ….. …… ……. CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 19. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI ASPETTI NORMATIVI Introduction NTC 2008 Cap. 1 – Oggetto “Circa le indicazioni applicative per l’ottenimento delle prescritte prestazioni, per quanto non espressamente specificato nel presente documento, ci si può riferire a normative di comprovata validità e a altri documenti tecnici elencati nel Cap. 12. In particolare quelle Part I fornite dagli Eurocodici con le relative Appendici nazionali costituiscono indicazioni di comprovata validità e forniscono il sistematico supporto applicativo delle presenti norme.” Cap. 12 – Riferimenti tecnici Part II “Per quanto non diversamente specificato nella presente norma, si intendono coerenti con i principi alla base della stessa, le indicazioni riportate nei seguenti documenti: - Eurocodici strutturali pubblicati dal CEN, con le precisazioni riportate nelle Appendici Nazionali o, in mancanza di esse, nella forma internazionale EN; - Norme UNI EN armonizzate i cui riferimenti siano pubblicati su Gazzetta Ufficiale Part III dell’Unione Europea; - Norme per prove, materiali e prodotti pubblicate da UNI.” CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 20. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI ASPETTI NORMATIVI Introduction Eurocode 3: Design of steel structures Part 1.8: Design of Joints 1. Introduction Part I 2. Basis of Design 3. Connections made with bolts, rivets or pins 4. Welded connections 5. Analysis, classification and modeling 6. Structural joints connecting H or I sections 7. Hollow section joints Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 21. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO ASPETTI NORMATIVI Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 22. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE DEI NODI Introduction Le strutture in acciaio sono usualmente progettate facendo riferimento a modelli in cui i nodi hanno comportamento ideale. Quando si rappresenta la realtà tramite un modello è necessario fare numerose ipotesi funzionali alla rappresentazione. Generalmente, nella progettazione delle strutture in acciaio, si accetta di rappresentare il comportamento dei nodi attraverso due modelli idealizzati: incastro perfetto e cerniera perfetta. L’incastro perfetto implica la completa continuità tra gli elementi collegati, il trasferimento completo delle forze Part I tra l’estremità della trave e la colonna e l’assenza di deformazioni parassite; la cerniera perfetta prevede una sufficiente capacita di rotazione della trave senza sviluppare momenti parassiti. Sebbene l’adozione di questi due modelli comporti delle notevoli semplificazioni nelle procedure di analisi e progettazione, il comportamento reale è sempre intermedio. Part II Part III …………………………… CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 23. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE DEL NODO SECONDO UNI EN 1993-1-8:2005 Introduction •Joint stiffness: •Rigid; •Semi-rigid; •Pinned. Part I •Joint strength: •Full strength; •Partial strength; •Pinned. Part II •Joint ductility: •Continuos; •Semi-continuos; •Simple. Part III UNI EN 1993-1-8:2005 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 24. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Per rappresentare il comportamento di un nodo si fa riferimento al diagramma momento- Introduction rotazione da cui è possibile effettuare delle valutazioni riguardanti la resistenza, la rigidezza e la duttilità; in funzione della tipologia di connessione. Mj,R Part I Sj,ini Part II ϕCd Nodo Modello Curva caratteristica momento-rotazione Mj,R = momento flettente resistente Part III Sj,ini = rigidezza rotazionale iniziale ϕCd = rotazione ultima Lorenzo Conversano-Valutazione dell’influenza delle connessioni semi-rigide nell’analisi globale delle strutture in acciaio CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 25. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE SECONDO LA RIGIDEZZA Introduction This classification is only applicable to beam-to-column joint configurations. Rigid The joint behavior is assumed not to have significant influence on the distribution of internal forces and moments in the structure, nor on its overall deformation. Part I Semi-rigid The joint provides a predictable degree of interaction between members, based on the design moment rotation characteristics of the joint. It should be able to transmit internal forces and moments. Part II Pinned The joint shall be capable of transmitting the internal forces, without developing significant moments which might affect the structural members. It shall be also capable of accepting the resulting rotations under the design loads. Part III UNI EN 1993-1-8:2005 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 26. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO ASPETTI NORMATIVI UNI EN 1993-1-8:2005 Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 27. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE SECONDO LA RESISTENZA Introduction Through the comparison of its actual design moment resistance Mj,Rd with the design moment resistances of the members that it connects, a joint may be classified as full-strength, pinned or partial-strength. Full-strength (ripristino di resistenza) Part I The design resistance of a full-strength joint shall be not less than that of the connected members Boundary: Partial-strength (a parziale ripristino) Part II A joint which does not meet the criteria for full-strength or nominally pinned joints should be considered to have a partial-strength resistance. Pinned (a cerniera) The joint shall be capable of transmitting the internal forces, without developing significant Part III moments which might adversely affect the members of the structure. It shall also be capable of accepting the resulting rotations under the design loads. Boundary: UNI EN 1993-1-8:2005 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 28. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE SECONDO LA RESISTENZA Introduction ripristino di resistenza M, FULL STRENGTH Part I a parziale ripristino Part II 0.25*M, FULL STRENGTH a cerniera Part III UNI EN 1993-1-8:2005 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 29. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE SECONDO LA DUTTILITA’ Introduction STIFFNESS/RESISTANCE Full-strength Partial-strength Pinned Rigid Continuos Semi-continuos * Part I Semi-rigid Semi-continuos Semi-continuos * Pinned * * Simple Part II Part III UNI EN 1993-1-8:2005 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 30. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI CLASSIFICAZIONE SECONDO I TIPI DI ANALISI Introduction L’interpretazione da fornire a questa nuova classificazione dipende anche dal tipo di analisi che si vuole condurre. Difatti, nel caso di un’analisi elastica globale, le uniche caratteristiche rilevanti per la modellazione sono quelle di rigidezza; viceversa se stiamo effettuando un’analisi rigido-plastica ci interessano principalmente le resistenze; infine, in tutti gli altri casi, sia la rigidezza che la resistenza governano il modo in cui il nodo dovrebbe essere modellato. La tabella seguente riassume la casistica presentata: Part I Part II Part III UNI EN 1993-1-8:2005 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 31. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI MODELLAZIONE DEL NODO Introduction Il metodo che fornisce la più accurata conoscenza del comportamento dei nodi consiste nell’effettuare test sperimentali; tuttavia, nella pratica di progettazione questa tecnica è antieconomica, il che la rende adatta per lo più a propositi di ricerca. L’uso dei dati sperimentali disponibili in letteratura è principalmente rivolto, più che alla progettazione, alla validazione di modelli che mirano alla previsione del comportamento dei nodi a partire dalle sue proprietà geometriche e meccaniche. I modelli per la previsione del comportamento dei Part I nodi si dividono in cinque categorie: •test sperimentali; “Goverdhan data bank”, “Steel connection data bank”, “SERICON data bank” •modelli empirici; Polimonio di Frye e Morris •modelli analitici; 4 parametri di Richard e Abbott Part II •modelli agli elementi finiti; •modelli meccanici. METODO DELLE COMPONENTI Part III Detti anche modelli a molla, i modelli meccanici si basano sulla simulazione del nodo/collegamento con un insieme di componenti rigide e flessibili. CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 32. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI GIUNTO SALDATO Introduction 1- Identificazione delle componenti; . Part I METODO DELLE COMPONENTI 2- Risposta delle componenti; 1- Identificazione delle componenti; Part II 2- Risposta delle componenti; 3-Assemblaggio delle componenti. 3-Assemblaggio delle componenti. Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 33. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Il primo step da seguire, nel metodo delle componenti, è quello dell’individuazione delle Introduction varie fonti di deformabilità. Nel caso di connessioni saldate sono: - Pannello d’anima della colonna a taglio; CWS - Anima della colonna in trazione; CWT - Anima della colonna in compressione; CWC - Flangia della colonna in flessione; CFB Part I - Anima e flangia della trave in compressione. BFC Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 34. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Come è possibile notare, non tutte le componenti sono dello stesso tipo, poiché alcune di Introduction esse contribuiscono sia in termini di rigidezza che di resistenza e vengono modellate con legami di tipo elasto-plastico; altre, ponendo solo una limitazione alla resistenza vengono modellate con legami di tipo rigido-plastico. Le prime tre componenti, ovvero anima della colonna a taglio (CWS) e pannelli a trazione (CWT) e compressione (CWC), governano sia la rigidezza che la resistenza del Part I nodo; invece, la flangia della colonna in flessione (CFB) e l’anima e flangia della trave in compressione (BFC) forniscono solo delle limitazioni in termini di resistenza senza contribuire in maniera rilevante alla rigidezza. In tale metodo, per i nodi saldati si ipotizza che la rottura delle saldature sia assolutamente Part II evitata, poiché esse sono in grado di fornire piccolissime deformazioni dando vita a meccanismi di rottura fragili. Questa è la ragione per cui è auspicabile seguire criteri di progetto delle saldature, sempre a vantaggio di sicurezza e che prevedano sovraresistenze rispetto alla componente più debole. Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 35. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Calcolo delle RESISTENZAdelle varie componenti (Appendice J) Introduction 6.2.4.1 Column web panel in shear (CWS) Part I Eurocodice 3 Part 1_1 Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 36. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Calcolo delle RESISTENZAdelle varie componenti (Appendice J) Introduction 6.2.4.2 Column web in transverse compression (CWC) Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 37. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Calcolo delle RESISTENZAdelle varie componenti (Appendice J) Introduction Si deve valutare la resistenza all’instabilita’ dell’anima della colonna considerata come membratura compressa. Part I Part II Si aggiungono piatti di rinforzo per aumentare la resistenza dell’anima della colonna Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 38. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Calcolo delle RESISTENZAdelle varie componenti (Appendice J) Introduction 6.2.4.3 Column web in transverse tension (CWT) Part I Part II in caso contrario bisogna rinforzare il giunto con oppurtuni irrigidimenti Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 39. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Calcolo delle RESISTENZAdelle varie componenti (Appendice J) Introduction 6.2.4.3 Column web in transverse tension (CWT) Part I Resistenza a flessione dell’ala della colonna Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 40. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI Determinazione del momento resistente Introduction Determinati i valori di resistenza e rigidezza di ogni componente nodale, è necessario, per ricavare il legame momento-rotazione del nodo, correlare le singole componenti fra loro, assumendo che la resistenza complessiva sia governata dalla resistenza della componente più debole. CWC CWT CWS Part I M RD = min { Fc,RD; Ft,RD; Vpl,RD } * z Dove z e’ il braccio delle forze interne Part II Mj,R z Part III Curva caratteristica momento-rotazione CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 41. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI NORMATIVI 6.3 Rotational stiffness (Rigidezza rotazionale) Introduction Part I Part II Sj,ini Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 42. Part III Part II Part I Introduction 6.4 Rotation capacity CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO ϕCd ASPETTI NORMATIVI Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 43. Part III Part II Part I Introduction METODO DELLE COMPONENTI CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO ASPETTI NORMATIVI Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 44. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Introduction OUTLINES ASPETTI GENERALI Part I ASPETTI NORMATIVI Definizioni, Classificazioni, Metodo delle componenti Part II ASPETTI APPLICATIVI Applicazione del metodo delle componenti Part III MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 45. Part III Part II Part I Introduction ESEMPIO APPLICATIVO HE 220A IPE 300 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO ASPETTI APPLICATIVI Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 46. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Introduction ASPETTI APPLICATIVI Momento plastico della trave, IPE 300 My,T = Wy * σy = 153.2 kNm Mu,T = Wpl * σy = 172.1 kNm Momento plastico della colonna, HEA 220 Part I My,T = Wy * σy = 141.7 kNm Mu,T = Wpl * σy = 156.3 kNm Part II M Mu My Foto tratta dal Ballio Mazzolani “Strutture in acciaio” Hoepli. Part III χ χy χu CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 47. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 48. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI Introduction Resistenza della zona compressa, (annesso J) CWC Part I = 340.6 kN = 272.5 kN Part II 0 = 155.7 mm Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 49. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI Introduction Resistenza della zona compressa, (annesso J) Resistenza all’instabilita’ dell’anima della colonna Part I Modo a nodi spostabili Lunghezza libera di inflessione L0= d Part II Larghezza efficace beff= (h2+ss2)0.5 = 184 kN Part III La resistenza della zona compressa e’ governata dall’instabilita’, dato che Fc,RD = 272.5 kN CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 50. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI Introduction Resistenza della zona tesa, (annesso J) CFT Part I = 325 kN = 321 kN Part II Non c’e’ bisogno di rinforzare il = 280.88 kN giunto con oppurtuni irrigidimenti Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 51. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI Introduction Resistenza della zona tesa, (annesso J) CWT Part I = 435 kN = 325 kN = 321 kN Part II Non c’e’ bisogno di rinforzare il = 280.88 kN giunto con oppurtuni irrigidimenti Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 52. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI Introduction Resistenza della zona soggetta a taglio, (annesso J) Part I = 298.3 kN Valutare eventuali problemi di imbozzamento del pannello d’anima della colonna OK Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 53. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DEL GIUNTO Introduction M RD = min { Fc,RD; Ft,RD; Vpl,RD } * z = Nc,RD * z = 184 * 0.29 = 53.36 kNm 184 321 298 La resistenza del giunto e’ governata dalla instabilita’ della colonna. Part I Part II z = 0.29 m Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 54. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI Calcolo della rigidezza rotazionale del giunto Introduction = 1.115E7 Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 55. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI Calcolo della capacita’ di rotazione del giunto Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 56. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI Classificazione del nodo Introduction Secondo la resistenza: pinned 53.36 > 0.25*MF-S PARTIAL STRENGHT rigid 53.36 < 153 (a parziale ripristino) Part I Mj,RD = 53.36 kN*m MF-S (beam) = 153 kN*m Part II MF-S (column) = 142 kN*m Secondo la rigidezza rotazionale: 1.115 E+7 < 1.075 E+8 SEMI-RIGID Part III 1.115 E+7 > 2.152E+6 CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 57. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI Considerazioni Introduction Nel caso in cui si voglia realizzare un giunto a completo ripristino: •Inserimento di irrigidimenti per rinforzare la colonna: •Irrigidimenti orizzontali: (le due forze concentrate in corrispondenza delle ali della trave sono assorbite dagli irrigidimenti stessi che in genere vengono realizzati dello Part I stesso spessore delle ali della trave). Part II Part III M RD = min { Fc,RD; Ft,RD; Vpl,RD } * z = Vpl,RD * z = 298.3* 0.29 = 86.5 kNm CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 58. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI Considerazioni Introduction Nel caso in cui si voglia realizzare un guinto a completo ripristino: •Inserimento di irrigidimenti per rinforzare la colonna: •Irrigidimenti orizzontali + Irrigidimento obliquo: Part I •irrigidimento di 15 mm di spessore (t); •lavori solo per una larghezza corrispondente alla larghezza dell’ala della trave (b); Part II Part III M RD = Vpl,RD * z = 525* 0.29 = 152 kNm CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 59. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI GIUNTO FLANGIATO Introduction Extended end-plate connections Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 60. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI GIUNTO FLANGIATO Introduction Unione saldata Unione flangiata Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 61. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO ASPETTI APPLICATIVI Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 62. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI ESEMPIO APPLICATIVO (Tesi di Laurea Ing. Lorenzo Conversano) Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 63. Part III Part II Part I Introduction Ing. Lorenzo Conversano CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO RESISTENZA RIGIDEZZA ASPETTI APPLICATIVI Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 64. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi ASPETTI APPLICATIVI DIAGRAMMA MOMENTO-ROTAZIONE Introduction 250 M (kNm) 200 Part I 150 100 TEST EC3 Part II 50 0 θ (rad) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Il nodo studiato corrisponde esattamente al nodo del test identificato nella SERICON data Part III bank come 109.003; le proprieta’ geometriche e le proprieta’ meccaniche sono quelle descritte in precedenza. Il test e’ stato effettuato da Humer nel marzo del 1987 presso l’Institute of steel Timber Constrution della University of Innsbruck. CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 65. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi Introduction OUTLINES ASPETTI GENERALI Part I ASPETTI NORMATIVI Definizioni, Classificazioni, Metodo delle componenti Part II ASPETTI APPLICATIVI Applicazione del metodo delle componenti Part III MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 66. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE FLANGIATA CARATTERISTICHE DEL(Ing.Conversano) MODELLO Introduction Elementi: Flangia Condizioni al contorno: (SHELL) • shell DX, DY, DZ • beam Bulloni • beam Point contact Tension (BEAM) Materiale: Ala trave LINEARITA’ NON Part I (SHELL) Elasto-plastico incrudente Analisi: Statica non lineare Anima trave M 250 (SHELL) (kNm) Part II 200 150 Anima 100 colonna (SHELL) Part III 50 0 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 Ala colonna (SHELL) θ (rad) CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 67. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM MODELLAZIONE DEL CONTATTO PIASTRA - ALA DELLA COLONNA (Ing.Conversano) Introduction POINT CONTACT BEAM ELEMENT Elementi BEAM di tipo Point contact con rigidezza a trazione nulla, cioè reagenti solo a Part I compressione, per simulare il contatto tra la piastra, a cui e’ saldata la trave. Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 68. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM MODELLAZIONE DEL CONTATTO PIASTRA -ALA DELLA COLONNA (Ing.Conversano) Introduction Per ognuno dei diversi valori di rigidezza a compressione assegnati agli elementi si controlla la variazione di distanza tra due punti collegati, uno appartenente alla piastra e uno all’ala della colonna. Il valore che annulla totalmente la variazione di distanza tra i punti di controllo, che e’ stato utilizzato nell’analisi svolta, e assegnando tale rigidezza e possibile considerare gli elementi infinitamente rigidi. Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 69. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM MODELLAZIONE DEL BULLONE Introduction “Beam” (elemento rigido, in grado di resistere solo a compressione, rigidezza a trazione nulla) Beam (sezione del gambo del bullone) Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 70. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM MODELLAZIONE DEL BULLONE Introduction “Beam” (elemento rigido, in grado di resistere solo a compressione, rigidezza a trazione nulla) Beam (sezione del gambo del bullone) Part I Part II Beam (sezione del gambo del bullone) “Beam” (elemento rigido, in grado di resistere a compressione e a trazione) Part III “Beam” (elemento in grado di resistere solo a compressione, rigidezza a tazione nulla) CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 71. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM MODELLAZIONE DEL BULLONE Introduction htesta/2 Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 72. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM MODELLAZIONE DEL BULLONE Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 73. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi 6/15 Predicting the behavior of gusset plate in tension using FEA MODEL VALIDATION Introduction Tests of gusset plates performed at the University of Alberta (Nast, Grondin and Cheng, 1999). Part I Part II •Thickness of 9.61 mm and ten bolt holes of diameter 24.3 mm. •The model is fixed along the two perpendicular edges at the bottom and left. Conclusions •The analysis accounts for the nonlinearity of the material and large displacements. •The material is bilinear elasto-plastic, with Young’s modulus of 215 GPa, yield strength of 410 MPa and tangent modulus of 2.15 GPa. •The analysis uses true stress and true strain. Crosti, Duthinh – Block shear failure of gusset plates
- 74. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi 7/15 Predicting the behavior of gusset plate in tension using FEA MODEL VALIDATION Introduction Part I Part II Conclusions Crosti, Duthinh – Block shear failure of gusset plates
- 75. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi 8/15 Predicting the behavior of gusset plate in tension using FEA MODEL VALIDATION Introduction Part I P = P0 cos α, where – 45° ≤ α ≤ 45° Part II Conclusions Crosti, Duthinh – Block shear failure of gusset plates
- 76. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE FLANGIATA CARATTERISTICHE DEL(Ing.Conversano) MODELLO Introduction Part I Part II Pressione lineare sugli elementi SHELL del bordo superiore dell’anima della trave Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 77. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CARATTERISTICHE DEL(Ing.Conversano) UNIONE BULLONATA CON FLANGIA DI ESTREMITA’ MODELLO Introduction Analisi non lineari: •Non linearita’ di materiale: Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 78. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE FLANGIATA CARATTERISTICHE DEL(Ing.Conversano) MODELLO Introduction Analisi non lineari: •Non linearita’ di geometria: Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 79. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM CURVA M-θ (Ing.Conversano) Introduction Analisi incrementale Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 80. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM (Ing.Conversano) Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 81. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM (Ing.Conversano) Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 82. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM (Ing.Conversano) Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 83. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM (Ing.Conversano) Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 84. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM (Ing.Conversano) Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 85. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi UNIONE FLANGIATA_CONFRONTI Introduction 250 M (kNm) 200 Mu 150 Part I 100 TEST 50 EC3 Part II FEM 0 θ (rad) 0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06 RIGIDEZZA RESISTENZA Part III Sj,ini Mj,R EC3 senza coeff. 21000 kNm/rad EC3 senza coeff. 106 kNm FEM 20584 kNm/rad FEM 170 kNm Test 17864 kNm/rad Test 153 kNm CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 86. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE CONTROVENTO-TRAVE SECONDARIA Ing. Omati, Ing. Risa Introduction PLATE Part I BEAM Part II LINK Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 87. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE COLONNA-FONDAZIONE Ing. Lofrano, Ing. Natangelo Introduction PLATE SOLID Part I Part II BEAM Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 88. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE IN UN PONTE A STRUTTURALE RETICOLARE Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 89. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE IN UN PONTE A STRUTTURALE RETICOLARE Introduction N. Nodes: 28330 n. Dof : 169980 Part I n. Elements S4R and S3R: 27670 Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 90. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM UNIONE IN UN PONTE A STRUTTURALE RETICOLARE Introduction Part I Part II Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 91. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM STUDIO DELLE CONNESSIONI IN UN TELAIO MULTIPIANO Introduction Part I Configurazione 1 Configurazione 2 Configurazione 3 Part II Cerniera ideale CARATTERISTICHE GEOMETRICHE E PROPRIETA’ DEI MATERIALI TRAVI COLONNE PIANI 1-2-3 COLONNE PIANI 4-5-6-7 COLONNE PIANI 8-9-10 Acciaio S355 IPE 400 HE 340 B HE 280 B HE 240 B E 210000 N/mm2 L 9.14 m H1 5.33 m H 4.2 m H 4.2 m H 2-3-4 4.2 m fyk 355 N/mm2 Me 410.38 kNm Me 488.48 kNm Me 333.10 kNm Part III Mp 463.985 kNm Me 765.38 kNm fu 510 N/mm2 Mp 544.57 kNm Mp 373.82 kNm χp 0.00845 1/m Mp 854.84 kNm χp 0.0121 1/m 0.0141 1/m εu 5 % χp χu 0.25 1/m χp 0.0099 1/m εe 0.169 % χu 0.3571 1/m χu 0.4167 1/m χu 0.2941 1/m CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 92. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM STUDIO DELLE CONNESSIONI IN UN TELAIO MULTIPIANO Introduction Part I Configurazione 1 Configurazione 2 Configurazione 3 Part II Elementi Connection Part III CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 93. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM STUDIO DELLE CONNESSIONI IN UN TELAIO MULTIPIANO Introduction Part I Configurazione 1 Configurazione 2 Configurazione 3 1200 1200 1200 Part II 1000 1000 1000 Taglio al piede (kN) Taglio al piede (kN) Taglio al piede (kN) 800 800 800 600 600 600 400 400 400 Ideale Ideale Ideale Part III 200 200 200 Semirigidi Semirigidi Semirigidi 0 0 0 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 0 0.5 1 1.5 Spostamento (m) Spostamento (m) Spostamento (m) CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO
- 94. Part III Part II Part I Introduction Semi-rigid behavior of connections in fire: CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 95. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 96. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 97. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 98. Part III Part II Part I Introduction CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi
- 99. Corso di COSTRUZIONI METALLICHE - Prof. Ing. Franco Bontempi