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LezionePONTI E GRANDI STRUTTUREProf. Pier Paolo RossiUniversità degli Studi di Catania
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzo
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDefinizione
Dicesi struttura composta (c.a.‐acciaio) una struttura costituita da :
parti realizzate in acciaio per carpenteria parti realizzate in calcestruzzo armato (normale o precompresso)
rese collaboranti fra loro con un sistema di connessione appropriatamente dimensionato
Esempi :
• Travi metalliche a parete piena con solette in c.a.• Colonne in profilati metallici inglobati in getti di calcestruzzo armato• Tubi metallici riempiti di calcestruzzo• Lamiere grecate con getto collaborante in calcestruzzo
3
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoStoria
4
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoLa connessione
• La connessione rende possibile la collaborazione tra i due componenti e dà vita all’elemento composto in termini di resistenza e rigidezza
• La connessione diventa parte della struttura e da essa può dipendere la crisi della struttura
acciaio
calcestruzzo
connessione
5
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della connessione
Senza connessione Con connessione
L
L L
L
6
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave senza connessione
L
q
2 2max
max 3 2
12 316 2 8
My qL h qLI bh bh
max3 1 32 4 8qL qL
bh bh
b
h
h
4 4
max 3
5 ( /2) 5384 64
q L qLEI Ebh
7
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave senza connessione
L
q 2 24
16q
M L x
2 2maxx,max 2
34
8My q
L xEI Ebh
2 2x,max 2
32 4
4q
L xEbh
Deformazione di scorrimento
Diagramma del momento flettente
Deformazione long. max nella sezione
2 3x,max 2
0
12 3 4
4
x qs dx L x x
Ebh
Scorrimento
s
‐L/2 +L/2
0
8
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave senza connessione
L
q Il rapporto tra lo scorrimento massimo e l’abbassamento massimo è
s
3
max 2
14
qLs
Ebh
4
max 3
564
qLEbh
3.2 h L
• Il rapporto L/2h è circa 20 per le travi, e quindi lo scorrimento di estremità è appena minore di un decimo dell’abbassamento massimo.
La connessione deve essere molto rigida per essere efficace
9
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave con connessione rigida e resistente
L
q
2 2max
max 3 2
12 38 8 16
My qL qLh
I bh bh
max38qLbh
b
h
h
4 4
max 3
5 5384 256
qL qLEI Ebh
10
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave con connessione rigida e resistente
L
q La connessione deve resistere ad un taglio longitudinale per unità di lunghezza, detto sforzo di scorrimento
L
In questo esempio : L,x max34qx
bh
Se si ipotizza un comportamento elastico lineare, lo sforzo di scorrimento unitario aumenta man mano che ci si sposta dalla mezzeria della trave all’appoggio ed è proporzionale all’ascissa considerata.
L,x
‐L/2 +L/2
0
11
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave con connessione rigida e resistente
L
q Lo sforzo di scorrimento corrispondente a metà campata è ottenuto per integrazione :
/2 2
L,x0
316
L qLdx
h
ovvero lo sforzo di scorrimento lungo metà campata è 8 volte il carico totale sulla trave
/2
L,x0
8L
dx qL
Se si assume che il rapporto L/2h=20 :
La connessione deve essere molto resistente per essere efficace
12
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoFunzionamento della trave con connessione
q
PEd
L
Forza di scorrimento sollecitante la singola fila di connettori
Fc
Fa+
--
Il momento resistente MRddipende dallo sforzo di compressione Fc nella soletta… e quindi dallo sforzo PEdtrasmesso dai connettori
z
Sezione trasversale
13
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoSforzi normali di trazione nei connettori
I connettori possono essere sollecitati da sforzi normali di trazione provocati da:
• Carichi applicati all’intradosso di travi composte
• Sollecitazioni torsionali
• Travi a sezione variabile
Quasi tutti i connettori utilizzati nella pratica sono conformati in modo tale da opporre resistenza allo sfilamento per azioni normali. Le forze di sfilamento sono normalmente di gran lunga inferiori a quelle di taglio e non è normalmente necessario tenerne conto in fase di progetto.
14
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoTipi di connettori
I connettori possono essere catalogati secondo le seguenti categorie :
Connessioni a taglio
Connessioni a staffa
Connessioni composte da connettori a taglio e a staffa
Connessioni ad attrito
15
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnessioni a taglio
Connettore a piolo
Connettore a pressioneConnettore a
pressione
16
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnessioni a staffa
17
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnessioni miste
Posizione raccomandata per i connettoriin relazione alla direzione di spinta
Connettore a barra Connettore a T Connettore a C Connettore a ferro di cavallo
18
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnessioni ad attrito
Si utilizzano in genere in presenza di solette prefabbricate
19
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnettore a piolo
diametro 13 ‐25 mm
altezza 65 ‐150 mm
fu =450 MPau ≥15%
Piolo a saldatura ultimata
20
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnettore a piolo
La pistola è posizionata
opportunamente
Il grilletto è premuto e il piolo è sollevato dalla piastra.
Una volta che la fusione è completa il piolo è spinto nel materiale di fusione
La pistola è rimossa e il materiale ceramico è rotto e eliminato
Un arco fonde il piolo e il materiale della piastra
21
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnettore a piolo ‐ vantaggi
Il processo di saldatura del piolo è rapido
I pioli ostacolano solo marginalmente il posizionamento delle armature nella soletta
I pioli sono parimenti resistenti e rigidi in tutte le direzioni normali all’asse del piolo
22
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoInquadramento normativo
Carichi verticali
Azioni sismiche
NTC Par. 4.3 Eurocodice 4 Eurocodice 2 Eurocodice 3
NTC Par. 7.6
Eurocodice 8 Parte 7
23
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoMateriali
Calcestruzzo ordinarioClasse di resistenza C20/25 ÷ C60/75
Calcestruzzo alleggeritoClasse di resistenza LC20/22 ÷ LC55/60 Densità ≥ 18 kN/m3
Acciaio da cemento armatoTipo B450A o B450C
Acciaio strutturaleCome da prescrizioni per costruzioni in acciaio
CALCESTRUZZO
ACCIAIO
24
Membrature composte acciaio‐clsSolette
Le solette composte in acciaio e calcestruzzo sono realizzate mediante lamiera grecata
25
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
Compiti della lamiera grecata
Esempio di lamiera grecata
• Realizzazione della cassaforma
• Realizzazione dell’armatura inferiore della soletta
26
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
Resistenza allo snervamento dell’acciaio
Profondità della lamiera
Spessore della lamiera
235 – 460 MPa
40 – 200 mm
0.8 – 1.5 mm
Esempio di lamiera grecata
Larghezza della lamiera circa 1.0 m
Lunghezza della lamiera fino a 6.0 m
27
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
Al fine di essere rigida e resistente,la lamiera grecata è sempre dotata di costole di irrigidimento.
Ciò nonostante, essa è quasi sempre di classe 4.
… ovvero, l’instabilità locale riduce il momento di inerzia efficace della lamiera al di sotto del valore calcolato per la sezione lorda e il momento resistente della sezione non è quello corrispondente al comportamento plastico.
28
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
La trasmissione delle forze di scorrimento all’interfaccia tra lamiera e calcestruzzo non può essere affidata alla sola aderenza.
Si adottano provvedimenti volti a realizzare :
Ingranamento per attrito
29
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
La trasmissione delle forze di scorrimento all’interfaccia tra lamiera e calcestruzzo non può essere affidata alla sola aderenza.
Si adottano provvedimenti volti a realizzare :
Ingranamento meccanico
30
Solette composte acciaio‐calcestruzzoEsempi di lamiera grecata
31
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
La trasmissione delle forze di scorrimento all’interfaccia tra lamiera e calcestruzzo non può essere affidata alla sola aderenza.
Si adottano provvedimenti volti a realizzare :
Ancoraggio di estremità
32
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata
Per questa ragione, i produttori di lamiere grecate eseguono prove su solette con lamiera grecata e forniscono tabelle con valori testati dei massimi momenti flettenti sopportabili dalle lamiere.
Tali provvedimenti non sono, tuttavia, pienamente efficaci nel resistere alle tensioni longitudinali.
33
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata in fase di getto
La lamiera grecata deve sopportare non solo il calcestruzzo umido ma anche altri carichi che sono applicati durante la costruzione. Questi carichi possono includere ammassi di calcestruzzo e carichi da tubi di pompaggio.
Esempio di lamiera grecata
Per i carichi di costruzione, la norma EN 1991‐1‐6 raccomanda un carico distribuito di circa 0.75‐1.50 kN/m².
La verifica della lamiera grecata nella fase di getto deve essere eseguita in accordo alla norma UNI EN 1993‐1‐3 in materia di profilati sottili di acciaio formati a freddo.
34
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata in fase di getto
L’inflessione della lamiera sotto il proprio peso ed il peso del calcestruzzo fresco, escludendo i carichi di costruzione, deve rispettare la condizione :
Esempio di lamiera grecata
≤ min (L/180 ; 20 mm)
L la luce effettiva della campata fra due appoggi definitivi o provvisori
dove :
35
Solette composte acciaio‐calcestruzzoLamiera grecata a maturazione della soletta
Verifiche di resistenza allo stato limite ultimo :
• Resistenza a flessione
• Resistenza allo scorrimento
• Resistenza a punzonamento e a taglio
Verifiche allo stato limite di esercizio :
• Verifica a fessurazione
• Verifica di deformabilità
36
Solette composte acciaio‐calcestruzzoSpessori minimi di soletta con lamiera grecata
Spessore totale della soletta Spessore del calcestruzzo al di sopra delle nervature
Lo spessore hc è normalmente 60 mm o maggiore per garantire un sufficiente isolamento acustico e per fornire un’adeguata resistenza al fuoco e ai carichi concentrati
hc h
Se la soletta realizza con la trave una membratura composta, oppure è utilizzata come diaframma orizzontale,
h ≥ 90 mmhc ≥ 50 mm
h ≥ 80 mmhc ≥ 40 mm
37
Solette composte acciaio‐calcestruzzoSpessori minimi di soletta con lamiera grecata
Le solette composte sostenute da elementi di acciaio o calcestruzzo devono avere : • larghezza di appoggio lbc ≥ 75 mm
• larghezza di appoggio del bordo della lamiera lbs ≥ 50 mm
nel caso di lamiere sovrapposte o continue deve essere : • larghezza di appoggio del bordo della lamiera lbs ≥ 75 mm
38
Solette composte acciaio‐calcestruzzoTecnologia per solette
Lamiera grecata
39
Solette composte acciaio‐calcestruzzoTecnologia per solette
Lastre prefabbricate tralicciate
40
Membrature composte acciaio‐clsTravi
41
Travi composte acciaio‐clsApplicazioni a ponti
42
Travi composte acciaio‐calcestruzzoVantaggi
il calcestruzzo è in minima parte, o per nulla, teso. Ciò produce un buon utilizzo dei materiali e quindi una riduzione dei pesi
i problemi di fessurazione sono eliminati, almeno nel caso di travi semplicemente appoggiate.
in molti casi è possibile eliminare la casseratura in fase di getto, sostituita dalla lamiera grecata o dalle predalles.
le deformazioni sono ridotte rispetto a quelle di sezioni in c.a. di dimensioni paragonabili
l’acciaio strutturale della sezione composta è molto spesso totalmente teso
• Stabilità
• Leggerezza
• Durabilità
• Praticità
• Funzionalità
43
Travi composte acciaio‐calcestruzzoSvantaggi
soletta‐ trave
trave‐trave e trave‐colonna
instabilità flesso‐torsionale
instabilità dei pannelli d’anima• Stabilità
• Connessioni
44
Membrature composte acciaio‐clsColonne
2. Colonne completamente rivestite
1. Colonne parzialmente rivestite
3. Tubolari riempiti di calcestruzzo
45
Colonne composte acciaio‐calcestruzzoVantaggi
nel caso di elementi parzialmente o totalmente inglobati la colonna funge almeno parzialmente da cassaforma. Il vantaggio è ancora più evidente nel caso di sezioni tubolari in acciaio
Il profilo di acciaio non può deformarsi liberamente e quindi la lunghezza libera di inflessione si riduce.
La colonne possono essere montate prima e poi riempite di calcestruzzo
Nel caso di sezioni circolari riempite di calcestruzzo, l’acciaio ha un effetto di confinamento sul calcestruzzo. Ciò determina un aumento della resistenza e della rigidezza del calcestruzzo.
nel caso di elementi parzialmente o totalmente inglobati nel calcestruzzo è garantita un’adeguata resistenza al fuoco
• Fuoco
• Casseforme
• Stabilità
• Praticità
• Resistenza
46
classificazione di sezioni composte acciaio‐calcestruzzo
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoClassificazione
Le parti compresse in acciaiosono soggette al rischio di instabilità (instabilità locale)
Le sezioni sono divise in 4 classi, in base a come l’instabilità locale ne condiziona il comportamento
• classe 1 – massima resistenza, massima duttilità• classe 2 – massima resistenza, limitata duttilità• classe 3 – resistenza limitata al raggiungimento
della prima plasticizzazione• classe 4 – instabilità precoce che avviene
prima dello snervamento
48
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoClassificazione
Pertanto, la classificazione va effettuata per :
Ⱶ progetto a breve termine
Ⱶ progetto a lungo termine
La classe di una sezione composta dipende anche dalla sequenza di costruzione e dagli effetti del ritiro e della viscosità.
49
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoClassificazione
Ⱶ Prima della maturazione del calcestruzzo della soletta,
Ⱶ A maturazione avvenuta del calcestruzzo della soletta,
la sezione resistente del ponte è costituita dalla sola parte in acciaio e la classificazione va effettuata con riferimento a tale parte
la sezione resistente del ponte è costituita dalla sezione composta acciaio‐calcestruzzo e quindila classificazione va effettuata con riferimento alla sezione composta
50
c/2
Parti interne compresseClassificazione sezioni in acciaio
NTC08, tab. 4.2.I
ClasseParte soggetta a
flessioneParte soggetta a compressione
Parte soggetta a compressione e flessione
Distribuzionedelle tensioni(compress. +)
1 c/t ≤ 72 c/t ≤ 33
2 c/t ≤ 83 c/t ≤ 38
Distribuzionedelle tensioni(compress. +)
3 c/t ≤ 124 c/t ≤ 42 fyk 235 275 355 420 460 1.00 0.92 0.81 0.75 0.71
c-
+c
-+ c
-
+ c
0 5 c t 396 13 1.
05 c t 36. 0 5 c t 456 13 1.
0 5 c t 41 5. .
1 c t 42 067 033. . 1 c t 62 1*
c c+ c+
fyk
fykfykfyk
fyk
fyk
fyk fyk
fyk
fyk
* ≤-1 si applica se la tensione ≤ fyk o la deformazione a trasione y > fyk/E
yk235 f
x
y tw
tfcfcw
51
Parti esterne compresseClassificazione sezioni in acciaio
NTC08, tab. 4.2.II
ClasseParte soggetta a compressione
Parte soggetta a compressione e flessione
Fine in compressione Fine in trazione
Distribuzionedelle tensioni(compress. +)
1 c/t ≤ 9 c/t ≤ 9
2 c/t ≤ 10 c/t ≤ 10
Distribuzionedelle tensioni(compress. +)
3 c/t ≤ 14 fyk 235 275 355 420 460 1.00 0.92 0.81 0.75 0.71yk235 f
9c t
9c t
21 ec t k
c
+
-+
c
c -+c
c
c
+
c
+- -
c+
x
y tw
tfcfcw
52
Sezioni in acciaioEccezioni alle regole classiche di classificazione
ECCEZIONE 1La sezione di classe 4 può essereclassificata come di classe 3
se le verifiche all’instabilità locale sono eseguite con ilmetodo delle tensioni ridotte
x
ytw
tfcfcw MEd
53
Sezioni in acciaioEccezioni alle regole classiche di classificazione
ECCEZIONE 2La sezione con flange di classe 1 o 2 e anime di classe 3 può essereclassificata come di classe 2 se le verifiche sono eseguite con riferimentoalla sola parte efficace dell’anima,
La parte efficace dell’anima in compressione è distante 2wtw dall’asseneutro plastico della sezione efficace e 2wtw dalla flangia in compressione
+c
tf
tw d d‐
+fyd
fyd
20 wtw ‐
20 wtw
asse neutro plastico sezione efficace
‐classe 1 o 2
classe 1 o 2
classe 3
classe 2classe 3
54Eurocodice 3‐1 (6.2.2.4)
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoClassificazione
+
-0.85 fcd
fyd
fyd
c
tf
tw d d
-
fyd
d
fyd
+
d
c
c
d
anima
w
w
36per 0.5
ct
w
w
396per 0.5
13 1ct
flangia f f 9c t
Classe 1
anima
w
w
41.5per 0.5
ct
w
w
456per 0.5
13 1ct
flangia f f 10c t
Classe 2
-
55
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoClassificazione
+
-
1
c
tf
tw d d
- d
+
d
c
c
d
anima
w
w
42per 1.0
0.67 0.33ct
w
w
0.62 1 per 1.0ct
flangia f f 14c t
Classe 3
-
1 1
1
56
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEccezioni alle regole classiche di classificazione
t
ECCEZIONE 3Una flangia in compressione, vincolata all’instabilità dal collegamentoall’impalcato mediante connettori, può essere assunta di classe 1 se sono soddisfatte le condizioni:
Ⱶ La spaziatura longitudinale dei connettori è non maggiore di :
• 22 t per impalcati che sono in contatto con la flangia in acciaioper tutta la sua lunghezza
• 15 t per impalcati che non sono in contatto con la flangia in acciaioper tutta la sua lunghezza (impalcati con lamiera grecata)
t 9s t Ⱶ
st
57
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
+
-
325
800x80
1100x80
2500x1815 702
1958 345
Situazione di progetto transitoria
325
Momento flettente positivo
MEd
Flangia superiore
f f 376 80 4.7 9 0.85 7.65c t
)85.0325/235( La flangia superiore è di classe 1
58
Acciaio
S355
Calcestruzzo
C35/45
f f 9c t
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
+
-
325
800x80
1100x80
2500x1815
345
325
Momento flettente positivo
MEd
Anima
w w456 0.825
2470 18 137.22 42.9913 0.75 1
c t
)825.0345/235(
La flangia superiore non è di classe né 1 né 2
607
1863 d2470
1863 2470 0.75 0.50
59
Situazione di progetto transitoria
Acciaio
S355
Calcestruzzo
C35/45
w
w
45613 1
ct
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
+
-800x80
1100x80
2500x1815
Momento flettente positivo
MEd
Anima
w w42 0.825
2470 18 137.22 83.310.67 0.33 0.77
c t
L’anima non è di classe 3 e pertanto è di classe 4
1078
1392 d2470
60
Situazione di progetto transitoria
Acciaio
S355
Calcestruzzo
C35/45
w
w
420.67 0.33
ct
1078 1392 0.77 1
1
1
La sezione è di classe 4
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
325
800x80
1100x80
2500x1815 702
1958
-+ 345
325
Momento flettente negativo
MEd
Flangia inferiore
f f 526 80 6.58 9 0.85 7.65c t )85.0325/235(
La flangia inferiore è di classe 1
61
Situazione di progetto transitoria
Acciaio
S355
Calcestruzzo
C35/45
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
800x80
1100x80
2500x1815
Anima
w w 2470 18 137.22 36 0.825 0.245 121.22c t
607
1863 d2470
607 2470 0.245 0.50
325
-+ 345
325
Momento flettente negativo
MEd
L’anima non è di classe 1
62
Situazione di progetto transitoria
Acciaio
S355
Calcestruzzo
C35/45
w w 2470 18 137.22 41.5 0.825 0.245 139.74c t L’anima e la sezione sono di classe 2
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
300
800x80
1100x80
2500x1815
145 cm²93 cm²
6000
1535
1125
+
-
325
434.78=500/1.15
345
63
19.83
325
La flangia superiore è protetta dall’instabilità locale per mezzo della connessione e pertanto è di classe 1.
L’anima è tutta tesa.
MEd
La sezione è di classe 1
Acciaio c.a.
B500B
Situazione di progetto persistente
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
300
800x80
1100x80
2500x1815
145 cm²93 cm²
6000
-
+
64
MEd
Anima
w w456 0.825
2470 18 137.22 57.7213 0.58 1
c t
1440 2470 0.58 0.50
L’anima non è di classe 2
1125
15352470
Situazione di progetto persistente
)825.0345/235( w
w
45613 1
ct
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoEsempio di classificazione di sezione composta
300
800x80
1100x80
2500x1815
145 cm²93 cm²
6000
1223
-
+
65
MEd
Anima
w w42 0.825
2470 18 137.22 99.970.67 0.33 0.98
c t
1223 1247 0.98 1
L’anima non è di classe 3 e pertanto è di classe 4
1247
1318
1342
Situazione di progetto persistente
w
w
420.67 0.33
ct
1
1
La sezione è di classe 4
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoClassificazione e metodo di verifica
Sezione Flangia sup
Flangia inf Anima Metodo di verifica Sezione
Sezionepiena
1 o 2 1 o 2 1 o 2 ‐ 1 o 2
1 o 2 1 o 2 3 ‐ 2 con anima efficace
1 o 2 1 o 2 3 ‐ 3
1 o 2 1 o 2 4 tensioni ridotte trattata come classe 3
1 o 2 1 o 2 4 larghezza efficace 4
Sezione scatolare
1 o 2 3 3 ‐ 3
1 o 2 4 3 o 4 tensioni ridotte trattata come classe 3
1 o 2 4 3 o 4 larghezza efficace 4
66
analisi strutturali
Membrature composte acciaio‐clsAnalisi globali
Ⱶ Analisi lineare
Ⱶ Analisi plastica
Ⱶ Analisi non lineare
Si possono eseguire i seguenti tipi di analisi globali :
68
Membrature composte acciaio‐clsAnalisi globale elastica
• stati limiti di esercizio
• stato limite di fatica
L’analisi globale elastica dovrebbe essere utilizzata per la verifica di :
69
Membrature composte acciaio‐clsAnalisi globale elastica
Nell’analisi globale elastica si devono considerare i seguenti fenomeni :
• ritiro
• viscosità
• fessurazione
• shear lag
• stabilità locale
• campi di temperatura
• fasi costruttive
70
Analisi globale elasticaEffetto della viscosità
Per costruzioni non suscettibili di problemi di stabilità globale,
è possibile tenere conto della viscosità nelle travi di impalcato sostituendo l’area di calcestruzzo con aree equivalenti ridotte in ragione del coefficiente di omogeneizzazione calcolato per breve e lungo termine.
tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 71
Salvo più precise valutazioni, il modulo di elasticità del calcestruzzo per effetti a lungo termine può essere considerato pari al 50% del suo valore medio istantaneo.
Analisi globale elasticaEffetto della viscosità
Breve termine+
Area di cls equivalente ad acciaio (n=n0)
(b)sN
(b)cN
(b)z
(b)max
Lungo termine+
Area di cls equivalente ad acciaio (n=n0/2)
(l)sN
(l)cN
(l)z
(l)max
72
Gli effetti della viscosità vanno valutati con riferimento ai soli carichi permanenti.
Analisi globale elasticaEffetto della fessurazione
L’effetto della fessurazione sulla risposta strutturale può essere valutato mediante due metodi :
Ⱶ Metodo 1 (senza restrizioni)
Ⱶ Metodo 2 (da applicarsi solo in casi particolari)
73tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
EI1
Analisi globale elasticaEffetto della fessurazione – metodo 1
EI2EI1 EI1
E’ effettuata una seconda analisi con rigidezza non fessurata (EI1) nelle porzioni A+ e rigidezza fessurata (EI2) nelle porzioni A‐
E’ effettuata una prima analisi con rigidezza ovunque pari a quella della sezione interamente reagente (EI1) esi individuano le zone (A+ e A‐) soggette a momento flettente negativo e positivo A+ A+A‐
Il diagramma delle sollecitazioni di questa seconda analisi è quello da considerare nelle verifiche di sicurezza.
74tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Analisi globale elasticaEffetto della fessurazione – metodo 2
EI2 EI1
E’ applicabile alle travi continue in telai controventati in cui le luci delle campate non differiscono tra loro di più del 60%,
e considera :
− la rigidezza EI2 applicata alle estremità di ogni campata, su una lunghezza pari al 15% della luce
− la rigidezza EI1applicata a tutte le altre zone
EI1EI2
15% L1 15% L1 15% L2 15% L2
L1 L2
EI2
75tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Analisi globale elasticaEffetto dello «shear lag»
Sebbene ci siano differenze significative tra le larghezze efficaci nelle zone degli appoggi e in mezzeria, è possibile trascurare tutto ciò nell’analisi elastica globale dato che lo «shear lag» ha un’influenza limitata sui risultati.
76tratto da: Eurocodice 4‐2 [5.4.1.2(4)]
Il valore della larghezza efficace beffpuò essere valutato in mezzeria delle singole campate
Analisi globale elasticaEffetto dello «shear lag»
eff 0 e1 e2b b b b
La larghezza efficace della soletta è calcolata mediante la relazione :
dove :
b0 distanza trasversale tra gli assi dei connettori
be1 be2 larghezza collaborante da ciascun lato della sezione composta = min(Le/8, bi‐b0/2)
Le
b1
beff
b1
be1 be2b0
b2
77tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
=0.85 L (campata d’estremità)=0.70 L (campata intermedia)
Analisi globale elasticaEffetto dell’instabilità locale
L’effetto dell’instabilità locale nell’analisi globale elastica può essere considerato per mezzo dell’area efficace della sezione trasversale.
78tratto da: Eurocodice 3‐1‐5 (2.2)
L’effetto dell’instabilità locale sulla rigidezza può essere ignorato quando l’area efficace della sezione trasversale di un elemento in compressione è maggiore di min volte l’area lorda della sezione trasversale dell’elemento.
Il valore raccomandato di min è 0.5
Analisi globale elasticaEffetto dei campi di temperatura
Gli effetti della temperatura devono essere considerati nel calcolo quando influenti.
79tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Tali effetti possono essere solitamente trascurati nella verifica allo stato limite ultimo, quando sono soddisfatte le condizioni :
‐ gli elementi strutturali sono in classe 1 o 2‐ non vi sono pericoli di instabilità flesso‐torsionale.
Analisi globale elasticaEffetto delle fasi di costruzione
Allo studio statico della sezione occorre premettere la considerazione che nelle travi sono possibili diversi approcci costruttivi :
Ⱶ Costruzione delle solette con travi metalliche integralmente puntellate
Ⱶ Costruzione delle solette con travi metalliche parzialmente puntellate
Ⱶ Costruzione delle solette con travi metalliche non puntellate
80
Analisi globale elasticaEffetto delle fasi di costruzione – trave puntellata con continuità
g1
g2+q
I pesi propri della soletta (non ancora maturata) e della trave in acciaio (g1) scaricano sui puntelli.
+max,g1
+max,g2+q
tot+
max,tot
Tutti i carichi verticali (g1+g2+q) sono portati dalla struttura mista acciaio‐calcestruzzo.
(dopo la rimozione dei puntelli)
Fase 1 : i puntelli sono collocati in numero elevato e a distanza ridotta (la trave è appoggiata con continuità su tutta la sua lunghezza)
Fase 2 : Raggiunta la maturazione della soletta, i puntelli vengono rimossi.
81
Analisi globale elasticaEffetto delle fasi di costruzione – trave puntellata
g1
g2+q
I pesi propri scaricano sui puntelli e sugli appoggi laterali.
+
max,g1
+max,g2+q
tot+
max,tot
(dopo la rimozione dei puntelli)
I carichi variabili e i carichi puntuali costituiti dalle reazioni vincolari dei sostegni (applicate con lo stesso modulo e segno contrario) sono portati dalla sezione composta.
Fase 1 : i puntelli sono collocati in numero limitato e lo schema statico della trave composta diventa di trave continua su più appoggi.
Fase 2 : Raggiunta la maturazione della soletta, i puntelli vengono rimossi.
82
Analisi globale elasticaEffetto delle fasi di costruzione – trave non puntellata
g1
g2+q
Il carico costituito dal peso della struttura in acciaio e della soletta in calcestruzzo (g1) è portato dalla sola struttura in acciaio.
+max,g1
+max,g2+q
tot+max,tot
-
I pesi permanenti ed i carichi variabili (g2+q) sono portati dalla struttura mista acciaio‐calcestruzzo.
Fase 1 : non sono collocati puntelli.
Fase 2 : Raggiunta la maturazione della soletta, i puntelli vengono rimossi.
83
Analisi globale elasticaEffetto delle fasi di costruzione
carico
0
puntellate
+fyd
fyd
‐
+
fyd
fyd
‐0.85fcd
‐
freccia
Mpla,Rd
Mpl,Rd
non puntellate
84
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoAnalisi globale plastica
L’analisi plastica può essere utilizzata per eseguire le verifiche allo SLU quando :
• tutti gli elementi sono in acciaio o composti acciaio‐calcestruzzo
• quando i materiali soddisfano i requisiti indicati nella norma (§ 4.3.3.1)
• quando le sezioni sono di classe 1
• quando i collegamenti trave‐colonna sono a completo ripristino di resistenza plastica e sono dotati di adeguata capacità di rotazione o sovraresistenza
Inoltre, nelle zone in cui è supposto lo sviluppo delle deformazioni plastiche (cerniere plastiche), è necessario :
• che i profili in acciaio siano simmetrici rispetto al piano dell’anima
• che la piattabanda compressa sia opportunamente vincolata
• che la capacità rotazionale della cerniera plastica sia sufficiente
85
caratteristiche meccaniche della connessione
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoGrado di connessione
Nc,f = forza che i connettori tra la posizione di massimo momento positivo e l’estremità libera devono essere progettati a resistere, se si vuole garantire lo sviluppo della piena resistenza della trave
Se Nc è la forza che i connettori riescono a trasmettere nella luce di taglio ed n è il loro numero in tale luce,
f c c,fn n N N
q
PEd
L nf = numero dei connettori, di eguali caratteristiche meccaniche, necessari a resistere a Nc,f
87
il loro grado di connessione è
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCompleta o parziale connessione
Nc,f = forza che i connettori tra la posizione di massimo momento positivo e l’estremità libera devono essere progettati a resistere, se si vuole garantire lo sviluppo della piena resistenza della trave
Una trave è dotata di completa connessione quando un aumento del numero dei connettori non incrementerebbe la resistenza flessionale della trave.
In caso contrario, la trave è dotata di parziale connessione a taglio.
q
PEd
L nf = numero dei connettori, di eguali caratteristiche meccaniche, necessari a resistere a Nc,f
88
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoConnessione con pioli ‐ considerazioni
• Il processo di saldatura diventa molto costoso e difficile per diametri del piolo superiori a 20 mm. Pertanto :
• Perché il piolo possa sviluppare la sua piena resistenza statica occorre che il rapporto tra il diametro del piolo e lo spessore della flangia cui è saldato sia minore di 2.5.Pertanto :
d
t
d ≤ 20 mm
d/t < 2.5 mm
89
gambo
testa
collare della saldatura
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDuttilità dei pioli
I pioli sono duttili se hanno una capacità deformativa a taglio superiore a 6 mm, ovvero :
Tale requisito è imprescindibile quando si adotti il calcolo plastico per il calcolo del momento resistente della trave
su
su ≥ 6 mm
Tale valore deve essere convalidato da apposite prove o comunque certificato dal produttore.
90tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDuttilità dei pioli
In alternativa, i pioli sono duttili se sono rispettate le condizioni :
• i pioli hanno una altezza minima dopo la saldatura pari a 76 mm ed un diametro pari a 19 mm
• la sezione in acciaio ad I o H è laminata a caldo
• la lamiera grecata (se presente) è continua sulla trave
• in ogni greca è disposto un unico piolo
• la lamiera grecata soddisfa le limitazioni b0/hp ≥ 2 e hp ≤ 60 mm
hp
b0
91tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDuttilità dei pioli
• il grado di connessione soddisfa le limitazioni :
per Le ≤ 25 m ey
355max 1 1 0.04 ;0.4L
f
1 per Le > 25 m
dove :Le distanza tra i punti di momento nullo
nella parte di trave soggetta a momento positivo
Inoltre :
• la forza agente in soletta è calcolata utilizzando il metodo per il calcolo del momento plastico
92tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDuttilità dei pioli
• il grado di connessione soddisfa le condizioni :
per Le ≤ 25 m ey
355max 1 0.75 0.03 ;0.4L
f
1 per Le > 25 m
In alternativa, possono essere considerati duttili i pioli se sono rispettate le condizioni :
• l'altezza dei pioli è non inferiore a 4 volte il loro diametro
• il diametro del gambo del piolo è compreso tra 16 e 25 mm
• la saldatura è eseguita su un profilo a piattabande uguali
93tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
verifica delle membrature
Aste composte acciaio‐calcestruzzoModalità di collasso
Ⱶ Crisi per flessione
Ⱶ Crisi per taglio verticale
Ⱶ Crisi per taglio longitudinale dei connettori
Ⱶ Crisi per azioni trasversali sull’anima
Ⱶ Crisi per instabilità latero torsionale
Ⱶ Crisi per instabilità dell’anima
95
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica flessionale
La distribuzione delle tensioni normali deve essere determinata mediante una analisi rigorosa o mediante la larghezza efficace della soletta.
96tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoLarghezza efficace
eff 0 e1 e2b b b b
La larghezza efficace della soletta è calcolata mediante la relazione :
dove :b0 distanza trasversale
tra gli assi dei connettori be1 be2 larghezza collaborante da
ciascun lato della sezione composta = min(Le/8, bi‐b0/2)
Le vedi diapositiva seguente ….
b1
beff
b1
be1 be2b0
b2
97tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoLarghezza efficace
eff 0 1 e1 2 e2b b b b
Per gli appoggi di estremità la larghezza efficace della soletta vale :
dove :
b1
beff
b1
be1 be2b0
b2
ei
ei
0.55 0.025 1.0
Lb
Le vedi diapositiva seguente ….
98tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDistribuzione della larghezza efficace
L1 L2 L3
Le=0.70 L2per beff,1
per beff,2
Le=2 L3per beff,2
Le=0.25(L1+L2)
Le=0.85 L1per beff,1
L1/4L1/4 L1/2 L2/4 L2/2 L2/4
beff,1beff,0 beff,2 beff,1 beff,2
beff
b1
be1 be2b0
b2
99
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoAnalisi sezionale per flessione
Ⱶ Analisi non lineare
Ⱶ Analisi plastica solo se le sezioni sono di classe 1 o 2e le connessioni a taglio sono duttili
in ogni caso
Ⱶ Analisi elastica
100
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione – asse neutro nella soletta
c,f a yd eff cd0.85N A f b x f a yd
eff cd0.85A f
xb f
pl,Rd a yd g t 2M A f h h x
Nc,f
Na
+
-
z
x
0.85 fcd
fyd
hc ht
hahg G cx h
se …
101
analisi plastica
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
MEd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione – asse neutro nella flangia superiore
ac t yd2N b x h f
a yd eff c cd t yd
yd
0.85 22
A f b h f bh fx
f b
pl,Rd a yd g t c c t2 2acM A f h h h N x h h
Nc,f
Na
+
-x
0.85 fcd
fyd
hc ht
hahg G 2 fyd
Nac
ac a yd eff c cd0.85N A f b h f
c t fh x h t
102
analisi plastica
se …
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
MEd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione – asse neutro sotto flangia superiore
Nc,f
Na
+
-x
0.85 fcd
fyd
hc ht
hahg G
2 fydt f t ah t x h h
Il momento resistente può essere trovato in modo simile a quanto fatto precedentemente
NacfNacw
103
analisi plastica
se …
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
MEd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione – parziale connessione
c eff c cd0.85N b x f
se … c t fh x h t
Nc
Na
+
-xa
0.85 fcd
fyd
hc ht
hahg G 2 fyd
Nac
ac t yd2N b x h f a t ac yd f2x h N f b
pl,Rd a yd g t c a c t2 2acM A f h h x N x x h
ac a yd cN A f N
c,max
x1xa
104
analisi plastica ‐
c c cd eff0.85x N f b
xc
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
MEd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione – parziale connessione
Nc
Na
+
-x
0.85 fcd
fyd
hc ht
hahg G 2 fyd
Nacf
c,max
x1x2
Il momento resistente può essere trovato in modo simile a quanto fatto precedentemente
t f t ah t x h h
Nacw
105
se …analisi plastica ‐
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
MEd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione – parziale connessione
Per sezioni composte con acciaio strutturale tipo S420 o S460,se la profondità dell’asse neutro supera il 15% dell’altezza della sezione,
Se la profondità dell’asse neutro supera il 40% dell’altezza della sezione, il momento resistente andrà calcolato con il metodo elastico o nonlineare.
x/h
1.00.85
0.15 0.4
106tratto da: Eurocodice 4 (6.2.1.2)
il momento resistente Mpl,Rd = Mpl,Rd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione
pl,a,Rd
pl,Rd
MM
Rd
pl,Rd
MM
1.0
0 1.0
c
cf
NN
Metodo dell’equilibrio
Rd pl,a,Rdc
c,f pl,Rd pl,a,Rd
M MNN M M
+fyd
fyd
-
A
A
+
fyd
2fyd
-
C
C
0.85fcd
-Ncf
107
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a flessione
108
Se il momento resistente è determinato secondo l’approccio plastico, l’area d’armatura tesa As deve soddisfare la relazione :
yk ctms c c
sk235f fA A k
f
cc 0
10.3 1.0
1 2k
h z
dove :
hc altezza della soletta, escludendo nervature o ispessimenti localiz0 distanza tra il baricentro della soletta non fessurata e il baricentro della sezione composta
considerata tutta reagente (coeff. di omogeneizzazione riferito a breve termine)
fctm valore medio della resistenza a trazione del calcestruzzo
Ac area collaborante della soletta = 1 per sezioni di classe 2 e 1.1 per sezioni di classe 1 sede di cerniere plastiche
con
fsk valore caratteristico della tensione di snervamento dell`armaturafyk valore caratteristico della tensione di snervamento dell`acciaio strutturale
tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 (4.3.2)
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica elastica a flessione ‐ asse neutro nella soletta
n 0S 2 eff
a a a g
eff
2 bA A A znx
b n
2 3a g eff 3aI I A z x b x n
Nc
Na
+
-
z
xhc ht
hahg G
cx h
zg
109
analisi elastica
se …
2a g eff 2A z x b x n
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
MEd
(soletta fesssurata)
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica elastica a flessione ‐ asse neutro sotto la soletta
a g eff c c 2A z x b h x h n
2eff c
a g
eff ca
2b hA znx b h A
n
2 22a g eff c c c/ 12 2aI I A z x b h n h x h
Nc
Na
+
-
zx
hc ht
hahg G
zg
110
analisi elastica
se …cx h
tratto da: R.P. Johnson. Composite Structures of Steel and Concrete
n 0S
MEd
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica a taglio verticale
Si suppone che il taglio verticale sia sopportato unicamente dal profilo in acciaio.
111
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica plastica a taglio verticale
y
xVpl,Rd
Taglio resistente secondo l’Eurocodice 3
0M
yvRd,pl
3/fAV
Per profili a doppio T
si plasticizza tutta l’anima ed i raccordi circolari
vA area resistente a taglio
112tratto da: Eurocodice 3
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArea resistente a taglio verticale
L’Eurocodice suggerisce formule dettagliate per profilati ad I o H laminati a caldo (caricati nel piano dell’anima)
2 ( 2 )v f w fA A b t t r t
113
dove :
b larghezza dell’ala
tf spessore dell’ala
tw spessore dell’anima
r raggio di raccordo
A area della sezione trasversale
tratto da: Eurocodice 3
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArea resistente a taglio verticale
L’Eurocodice suggerisce formule dettagliate per profilati saldati ad I, H o scatolari (caricati nel piano dell’anima)
v w wA h t
114
dove :
hw altezza dell’anima
tw spessore dell’anima
=1.20 per acciai fino a S460 incluso [Eurocodice 3‐5 (5.1)]=1.00 per acciai di grado superiore
tratto da: Eurocodice 3
Verifica di resistenza a taglio verticaleEsempio
VEd = 10 kN
2. Si calcola il taglio resistente Vpl,Rd.
3. Si verifica che VEd < Vpl,Rd.
1. Si determina l’area resistente a taglio AV
Procedura
Sezione HEA 120 (S235)
x
y
Vy
115
Verifica di resistenza a taglio verticaleEsempio
1. Area resistente a taglio AV
2v 2534 2 120 8 (5 2 12) 8 846 mmA
b = 120 mm tf = 8 mmh = 114 mm tw =5 mmr = 12 mm A = 2534 mm2
VEd = 10 kN
Sezione HEA 120
v f w fA A 2bt (t 2r)t
Vy
(S235)
x
y
tw
tf
h
b
116
Verifica di resistenza a taglio verticaleEsempio
2. e 3. Taglio resistente e verifica
3pl,Rd
846 235/ 3V 10 109.3 kN1.05
Sezione verificata
x
y
VEd = 10 kN
Sezione HEA 120
pl,Rd v y M0V A f / 3
Vy
(S235)
117
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica ad instabilità dell’anima per taglio verticale
La resistenza all’instabilità dell’anima Vb,Rd
è determinata in accordo alla norma EN 1993‐1‐5
118
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica a taglio verticale e momento flettente
Se VEd > 0.5 Vpl,Rd o se VEd > 0.5 Vb,Rd
si deve tenere conto dell’interazione tra taglio e momento flettente
Ⱶ Per sezioni di classe 1 o 2, l’influenza del taglio verticale puòessere considerata riducendo la resistenza di progetto dell’acciaiodell’anima secondo il fattore= (2 VEd / VRd – 1)²dove VRd=min(Vpl,Rd; Vb,Rd)
Ⱶ Per sezioni di classe 3 o 4 è applicabile la EN 1993‐1‐5 (7.1)
beff0.85 fcd
fydVEd
(1‐) fyd
MRd
119
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica a taglio longitudinale dei connettori
Il progetto dei connettori si differenzia a seconda del tipo di analisi sezionale eseguita.
Ⱶ Analisi sezionale elastica
Ⱶ Analisi sezionale plastica
120
il calcolo dei connettori è basato sullo scorrimento che localmente si produce tra trave metallica e soletta.
il calcolo dei connettori deve assicurare il trasferimento alla soletta degli sforzi necessari all'equilibrio in condizioni di meccanismo delle sezioni critiche.
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo della forza di scorrimento
SVDV
l lc p p2
S DV V SF bi i
I
Analisi sezionale elasticaLa forza di scorrimento su ogni fila di connettori vale :
lpi
dove :
S momento statico della parte di sezione al di sopra del piano di connessione rispetto al baricentro della sezione reagente omogenizzata
I momento d'inerzia della sezione rispetto al baricentro della sezione reagente omogenizzata
121
lpi
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo della forza di scorrimento
Analisi sezionale elastica
122
La forza di scorrimento non deve essere calcolata sulla base del diagramma del taglio risultante da una combinazione di carichi.
La forza di scorrimento va calcolata come combinazione (attenzione ai segni dei contributi) delle forze di scorrimento risultanti dalle singole condizioni di carico
• Il coefficiente di omogeneizzazione è diverso per le diverse condizioni di carico• Negli schemi statici con sola trave in acciaio (cls della soletta non indurito)
esiste il taglio verticale nella trave ma non il taglio longitudinale tra soletta e trave in acciaio
Motivi :
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo della forza di scorrimento
Analisi sezionale elastica
123
La forza di scorrimento va calcolata su conci della trave di limitata lunghezza se la trave è a sezione variabile.
tratto da: Eurocodice 4‐2 [6.6.2.1 (2)]
(ovvero, se la trave è a sezione variabile il diagramma del taglio non è proporzionale a quello della forza di scorrimento)
La forza di scorrimento va calcolata con riferimento alle proprietà elastiche della sezione non fessurata, anche laddove è stata considerata la fessurazione del calcestruzzo nell’analisi globale.
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoProgetto della connessione a taglio
124
Per la verifica degli stati limite ultimi, la dimensione e la spaziatura dei connettori a taglio può essere mantenuta costante su tratti dove il taglio longitudinale di progetto per unità di lunghezza non eccede la resistenza a taglio di più del 10%. Su tali lunghezze la forza totale di taglio longitudinale non deve eccedere la resistenza totale a taglio.
tratto da: Eurocodice 4‐2 [6.6.1.2 (1)]
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo plastico della forza di scorrimento
Analisi sezionale plastica e connessioni a taglio complete, la forza di scorrimento (a metro lineare) con cui progettare la connessione tra la sezione di massimo momento positivo e un appoggio di estremità è :
dove :Aa area del profilo in acciaio
Ac area della soletta di calcestruzzo
Ase area dell’armatura compressa
tratto da: Circolare relativa alle Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 [C4.3.4.3.3] 125
yk a ck c se skld
a c s
0.85min ;
f A f A A fV
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo plastico della forza di scorrimento
Analisi sezionale plastica e connessioni a taglio complete,la forza di scorrimento (a metro lineare) tra la sezione di minimo momento negativo e quella di massimo momento flettente (appoggio intermedio e campata) vale :
yk a ap ypck c se sk s skld
a c s s ap
0.85min ;
f A A ff A A f A fV
dove :Aa area del profilo in acciaio
Ac area della soletta di calcestruzzo
Ase area dell’armatura compressa
Aap area della lamiera grecata(solo se è dimostrata la sua efficacia)
As area dell’armatura in soletta
tratto da: Circolare relativa alle Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 [C4.3.4.3.3] 126
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo plastico della forza di scorrimento
Analisi sezionale plastica e connessioni a taglio parziali, la forza di scorrimento (a metro lineare) tra la sezione di massimo momento positivo e un appoggio di estremità è :
0 85Ed a,pl,Rd yk a ck c se skld
a c spl,Rd a,pl,Rd
.min ;
M M f A f A A fV
M M
dove :Aa area del profilo in acciaio
Ac area della soletta di calcestruzzo
Ase area dell’armatura compressa
tratto da: Circolare relativa alle Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 [C4.3.4.3.3] 127
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoCalcolo plastico della forza di scorrimento
Analisi sezionale plastica e connessioni a taglio parziali, la forza di scorrimento (a metro lineare) tra la sezione di minimo momento negativo e quella di massimo momento flettente è :
Ed a,pl,Rd yk a ap ypck c se sk s skld
a c s s appl,Rd a,pl,Rd
0.85min ;
M M f A A ff A A f A fV
M M
dove :Aa area del profilo in acciaio
Ac area della soletta di calcestruzzo
Ase area dell’armatura compressa
Aap area della lamiera grecata(solo se è dimostrata la sua efficacia)
As area dell’armatura in soletta
tratto da: Circolare relativa alle Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 [C4.3.4.3.3] 128
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta piena
tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
2Rd,a t v= 0.8 ( d / 4 ) / P f
La resistenza ultima di calcolo a taglio (SLU) è pari al minimo tra i seguenti valori :
2Rd,c ck c v= 0.29 d / P f E
dove :
v = 1.25 fattore parziale di sicurezza del materiale
ft ≤ 500 MPa resistenza a rottura dell’acciaio del piolo
hsc altezza del piolo dopo la saldatura ≥ 3 volte il diametro del gambo
0.2 (hsc/d+1) per 3 ≤ hsc/d ≤ 4per hsc/d > 41.0
129
d diametro del gambo del piolo (16 ≤ d ≤ 25 mm)
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta piena
tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Resistenza ultima di calcolo (SLU) PRd (kN)
130
Diametro piolo d (mm)
Altezza minima hsc
(mm)
fu=450 MPa e da C30/37 a C60/75
(crisi gambo)
fu=500 MPa
C30/37 (crisi calcestruzzo)
da C35/45 a C60/75 (crisi gambo)
25 100 141.30 144.27 157.00
22 88 109.42 111.73 121.58
19 76 81.61 83.33 90.68
16 64 57.88 59.09 64.31
La resistenza di calcolo a taglio (SLE) PRd ,ser è uguale a 0.60 PRd
Nota: la tabella vale per hsc/d≥4tratto da: Vayas, Iliopoulos. Design of Steel‐Concrete Composite Bridges to Eurocodes
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta parzialmente prefabbricata
131tratto da: Eurocodice 4
Se la forza di trazione sul piolo è inferiore al 10% della sua resistenza a taglio, la forza di trazione può essere ignorata.
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta parzialmente prefabbricata
132tratto da: Vayas, Iliopoulos. Design of Steel‐Concrete Composite Bridges to Eurocodes
es ≥ 2.5 cm
In caso di solette parzialmente prefabbricate,la distanza tra connettori e lastre prefabbricate deve essere tale da consentire al calcestruzzo di avvolgere appieno i connettori.
Se tale distanza è inferiore a 2.5 cm, è opportuno introdurre un coefficiente riduttivo kp nel calcolo della resistenza della connessione :
kp
es (mm)10 25
0.851.00
Rd p Rd,a Rd,c = k min ;P P P
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta con lamiera grecata
0 sc pl 2
p
( h ) = 0.6 1.0
hb h
k
Per lamiera disposta con le greche parallelamente all'asse del profilo, la resistenza di calcolo a taglio è moltiplicata per il valore :
dove :
hsc altezza del piolo dopo la saldatura < hp + 75 mm
hp altezza lamiera grecata
hp
b0
hsc
hp
b0
hsc
133tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta con lamiera grecata
0 sc pt 2
p r
( h ) 1 = 0.7
hb h
kn
Per lamiera disposta con le greche ortogonalmente all'asse del profilo, la resistenza di calcolo a taglio è moltiplicata per il valore :
dove :nr numero dei pioli posti dentro ogni greca
hp ≤ 85 mm e b0 ≤ hpValido se :
Connettori di diametro massimo pari a 20 mm nel caso di saldatura attraverso la lamiera e pari a 22 mm nel caso di lamiera forata
b0
hphsc hp
b0
hsc
134tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta con lamiera grecata
0 sc pt 2
p r
( h ) 1 = 0.7
hb h
kn
Per lamiera disposta con le greche ortogonalmente all'asse del profilo, la resistenza di calcolo a taglio è moltiplicata per il valore :
nr Spessore della lamiera Connettori con ≤20 e saldati attraverso la lamiera
Lamiera con fori e pioli saldati sul profilo – 19 o 22 mm
1≤1.0 0.85 0.75>1.0 1.00 0.75
2≤1.0 0.70 0.60>1.0 0.80 0.60
Limiti superiori del coefficiente kt
135tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoResistenza dei pioli in soletta con lamiera grecata
22tl
2 2l,Rd t,Rd
1.0FF
P P
Quando i connettori a taglio sono simultaneamente considerati efficaci per due elementi ortogonali si deve considerare la combinazione delle forze di connessione provenienti dai due elementi strutturali
dove :
Fl azione longitudinale di progetto derivante dall'elemento principaleFt azione trasversale di progetto derivante dall'elemento secondarioPl,Rd resistenza a taglio del connettore nella direzione longitudinalePl,Rd resistenza a taglio del connettore nella direzione trasversale
136tratto da: Circolare relativa alle Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoSpaziatura minima dei pioli
In direzione ortogonale alla forza di scorrimento, l’interasse minimo dei pioli deve essere :
(solette in cls piene)
(altri tipi di soletta)
In direzione parallela alla forza di scorrimento, l’interasse minimo dei pioli deve essere :
(d=diametro del gambo del connettore) 5.0d
2.5d 4.0d
tp,mini
lp,mini
lp,mini
tp,mini
tp,mini
lp,mini
137tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoSpaziatura massima dei pioli
La spaziatura massima ip,max dei pioli deve essere pari a :
travi collaboranti con solette piene o gettate su lamiere con greche parallele all’asse della trave
travi collaboranti con solette gettate su lamiere con greche ortogonali all’asse della trave
f yk22 235t f
f yk15 235t f
dove :
tf spessore della piattabanda del profilo fyk tensione di snervamento della piattabanda del profilo
In ogni caso, la spaziatura massima ip,max dei pioli deve essere :• ≤ 800 mm • ≤ 4 volte lo spessore della soletta
138tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 e Eurocodice 4
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDistanza dei pioli dai bordi della flangia
La distanza minima tra l’asse dei pioli e il bordo della flangia deve essere :
2.0cm
tde
lp,mini
td,mine
td,mine
139tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008 e Eurocodice 4
La distanza massima tra l’asse dei pioli e il bordo della flangia deve essere :
f9 235 yt ftd,maxe
td,maxe
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDettagli costruttivi della connessione
≤ 1.5 d
≤ 45°
≥ 50
d ≤ 2.5 tf
≥ 20
≥ 2 d
tf
≥ 3d
≥ 0.4 d
140tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
non inferiore al ricoprimento dell’armatura superiore
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoDettagli costruttivi della connessione
141tratto da: Eurocodice 4‐2 [6.6.5.4(3)]
≥ 30 mm
≥ 40 mm
Soletta piana
Soletta con svaso
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoVerifica a taglio longitudinale
L’armatura trasversale deve essere progettata in modo tale da prevenire la rottura prematura per scorrimento o fessurazione longitudinale della soletta di calcestruzzo.
a
ab b
a
ad
a
ac cd
L’armatura trasversale deve essere dimensionata in modo da assorbire le tensioni di scorrimento agenti sulle potenziali superfici di rottura.
142tratto da: Norme Tecniche per le Costruzioni 2008
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArmatura trasversale in solette piene
verso il centro della campata
2 Ed hf forza di scorrimento per unità di lunghezza della trave
cF
2 Ed hf
Ed hf
sF
Ed hf
Fc forza di compressione diagonale nel calcestruzzo =Fs forza di trazione dell’armatura trasversale =
per unità di lunghezza della trave
dove :La larghezza del puntone per unità di lunghezza della trave è sin
Modello a traliccio
Ed fh cos Ed fh tan
143
v cosF =
v tanF =
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArmatura trasversale in solette piene
Condizioni di crisi del meccanismo di trasferimento della forza di scorrimento
s ydf sfRs yd Ed f
f
h tanAF fs
Acciaio
144
fsfyd
hcotEd
f
Af
s
dove :
Asf area della singola barra trasversale sf passo delle barre trasversalihf altezza della solettaEd tensione longitudinale
1.0≤ cot ≤2.0 solette compresse 1.0≤ cot ≤1.25 solette tese
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArmatura trasversale in solette piene
Condizioni di crisi del meccanismo di trasferimento della forza di scorrimento
Ed fckRc cd f
h0.6 1 h sin
250 cosfF f
Calcestruzzo
145
ckEd cd0.6 1 sin cos
250f
f
dove :
fck resist. caratt. a compressione del clsfcd resist. di progetto a compr. del clshf altezza della solettaEd tensione longitudinale
1.0≤ cot ≤2.0 solette compresse 1.0≤ cot ≤1.25 solette tese
ckc cd0.6 1
250f
f
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArmatura trasversale in solette con lamiera grecata
Lamiera grecata ortogonale alla trave• essa può essere assunta efficace come armatura trasversale
se è continua sulla trave • laddove questa non sia vero, l’area efficace della lamiera dipende
da come essa è connessa alla flangia superiore della trave
Lamiera grecata parallela alla trave• essa non può essere assunta efficace come armatura trasversale
146
Sezioni composte acciaio‐calcestruzzoArmatura trasversale in solette con lamiera grecata
Se i connettori sono saldati attraverso la lamiera,la resistenza alla trazione trasversale è governata dalla plasticizzazione locale della lamiera attorno al connettore.In questo caso, lo scorrimento resistente è :
pb,Rd d0 yp,dP k d t f
essendo :
d01 6.0k a d
yp,d 2f
yp,df
d01.5a d
d0 1.1d d
dd0 diametro della saldatura
t spessore della lamierafyp,d tensione di snervamento della lamiera
L,Rds yd e pb,Rdf A P s dove :
s spaziatura longitudinale dei connettori
147
Principali riferimenti
148
R.P. Johnson. Composite structures of steel and concrete: beams, slabs, columns, and frames for buildings. Blackwell Publishing, 2004 (third edition). ISBN 1-4051-0035-4
Norme Tecniche per le Costruzioni. D.M. 14 gennaio 2008 pubblicato sulla Gazzetta Ufficiale n. 29 del 4 febbraio 2008 - Suppl. Ordinario n. 30
Istruzioni per l’applicazione delle Norme Tecniche per le Costruzioni. Circolare 2 febbraio 2009 pubblicata sulla Gazzetta Ufficiale n. 47 del 26 febbraio 2009 - Suppl. Ordinario n. 27
I. Vayas, A. Iliopoulos. Design of Steel-Concrete Composite Bridges to Eurocodes. CRC Press, 2013. ISBN 9781466557444
FINE
149
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