Connessioni in Acciaio - Lezione 14 dicembre2012

CONNESSIONI IN ACCIAIO

ROMA, 13 DICEMBRE 2012

Corso di Costruzioni Metalliche

Tenuto dal Prof. Ing. Franco Bontempi

Ing. Chiara Crosti

““SapienzaSapienza” ” UniversitaUniversita’ ’ didi RomaRoma

[email protected]@uniroma1.it, , [email protected]@francobontempi.org

Tenuto dal Prof. Ing. Franco Bontempi

Anno Accademico 2012/2013

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ion Ing. Chiara Crosti

E-mail: [email protected] - [email protected]

• 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,

correlatore: Dr. Dat Duthinh.

• Guest researcher presso il National Institute of Standard and Technology (NIST) in

Gaithersburg, Maryland, USA;

CROSTI – CONNESSIONI IN ACCIAIO

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Gaithersburg, Maryland, USA;

• Costruzioni in acciaio:

• 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.

• 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.

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ASPETTI GENERALI

Definizioni, Classificazioni, Metodo delle componenti

ASPETTI NORMATIVI

OUTLINES


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ASPETTI APPLICATIVI

Applicazione del metodo delle componenti

MODELLAZIONE DI COLLEGAMENTI IN ACCIAIO CON FEM

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ASPETTI GENERALI


ASPETTI NORMATIVI

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ASPETTI APPLICATIVI



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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

(D regions):

- Sono sede di concentrazioni di sforzi

- Non vale la teoria della trave di Bernoulli (non sono

UNIONI IN ACCIAIO

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ASPETTI GENERALI

Immagine da http://dankuchma.com/stm

- Non vale la teoria della trave di Bernoulli (non sono

verificate le ipotesi alla base della teoria di De Saint

Venant)

- Le indicazioni progettuali sono basate su teorie e

modellazioni semplificate supportate da analisi

sperimentali o numeriche

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”


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Crollo di capannoni a seguito del sisma, Maggio 2012

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Crollo di capannoni a seguito del sisma, Maggio 2012

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Bridge on I 35-W Minnesota, August 1st 2001

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Bridge on I 35-W Minnesota, August 1st 2001

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U10-W


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I-35W DIFFERENT CAUSES OF COLLAPSE

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1) Trave-colonna

singolo

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doppio

3) Continuità

trave-trave

4) Continuità

ZONE NODALI IN UN TELAIO IN ACCIAIO

ASPETTI GENERALIP

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Lorenzo Conversano-Valutazione dell’influenza delle connessioni semi-rigide nell’analisi globale delle strutture in acciaio

4) Continuità

colonna-colonna

5) Colonna-

fondazione


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1) Trave-colonna

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1) Trave-colonna

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trave-trave

4) Continuità


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1) Trave-colonna

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1) Trave-colonna

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3) Continuità

trave-trave

4) Continuità


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cerniera

SISTEMI DI COLLEGAMENTO

CHIODATI BULLONATI SALDATI

•Facilità e velocità di montaggio e •Collegamenti più rigidi;•Cadute in disuso;

ASPETTI GENERALIP

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•Facilità e velocità di montaggio e

smontaggio;

• Flessibilità della struttura nel caso

debba essere modificata per rispondere

a nuove esigenze distributive;

• Riutilizzo delle parti strutturali;

•Gli elementi strutturali sono indeboliti

dalla presenza dei fori;

• La presenza dei fori comporta una

distribuzione delle tensioni

caratterizzata da punte locali .

•Collegamenti più rigidi;

• Si evita l’indebolimento

dovuto ai fori dei bulloni;

• Le saldature occupano

meno spazio. I giunti sono

più snelli;

•Gli elementi da unire non

devono subire un trattamento

iniziale (per le bullonature

bisogna realizzare i fori).

•Cadute in disuso;

•Poiché montati a caldo, nei

gambi si generavano spesso

tensioni di trazione che

portavano anche alla rottura

del chiodo stesso;

• Non possono essere

scomposte a meno che non si

distruggano gli elementi di

connessione.


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ASPETTI GENERALI


ASPETTI NORMATIVI

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ASPETTI APPLICATIVI



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NTC 2008

ASPETTI NORMATIVI

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ASPETTI NORMATIVI

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

…..

……

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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

fornite dagli Eurocodici con le relative Appendici nazionali costituiscono indicazioni di

comprovata validità e forniscono il sistematico supporto applicativo delle presenti

norme.”

ASPETTI NORMATIVI

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ASPETTI NORMATIVI

norme.”

Cap. 12 – Riferimenti tecnici

“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

dell’Unione Europea;

- Norme per prove, materiali e prodotti pubblicate da UNI.”


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Eurocode 3: Design of steel structures

Part 1.8: Design of Joints

1. Introduction

2. Basis of Design

3. Connections made with bolts, rivets or pins

4. Welded connections

5. Analysis, classification and modeling

ASPETTI NORMATIVI

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ASPETTI NORMATIVI

5. Analysis, classification and modeling

6. Structural joints connecting H or I sections

7. Hollow section joints


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ASPETTI NORMATIVI


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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

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.

CLASSIFICAZIONE DEI NODI

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ASPETTI NORMATIVI

nelle procedure di analisi e progettazione, il comportamento reale è sempre intermedio.


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CLASSIFICAZIONE DEL NODO SECONDO UNI EN 1993-1-8:2005

•Joint stiffness:

•Rigid;

•Semi-rigid;

•Pinned.

•Joint strength:

•Full strength;

•Partial strength;

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ASPETTI NORMATIVI

•Partial strength;

•Pinned.

•Joint ductility:

•Continuos;

•Semi-continuos;

•Simple.

UNI EN 1993-1-8:2005


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Mj,R

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ASPETTI NORMATIVI

Per rappresentare il comportamento di un nodo si fa riferimento al diagramma momento-

rotazione da cui è possibile effettuare delle valutazioni riguardanti la resistenza, la rigidezza

e la duttilità; in funzione della tipologia di connessione.


ϕCd

Sj,ini

Sj,ini = rigidezza rotazionale iniziale

Mj,R = momento flettente resistente

ϕCd = rotazione ultima

Nodo Modello Curva caratteristica momento-rotazione


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CLASSIFICAZIONE SECONDO LA RIGIDEZZA

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.

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

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ASPETTI NORMATIVI

moment rotation characteristics of the joint. It should be able to transmit internal forces and

moments.

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.

UNI EN 1993-1-8:2005


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UNI EN 1993-1-8:2005


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CLASSIFICAZIONE SECONDO LA RESISTENZA

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)

The design resistance of a full-strength joint shall be not less than that of the connected

members

Boundary:

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ASPETTI NORMATIVI

Partial-strength (a parziale ripristino)

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

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


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CLASSIFICAZIONE SECONDO LA RESISTENZA

ripristino di

resistenza

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a parziale

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ASPETTI NORMATIVI

UNI EN 1993-1-8:2005

a cerniera

0.25*M, FULL STRENGTH

ripristino


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STIFFNESS/RESISTANCE Full-strength Partial-strength Pinned

Rigid Continuos Semi-continuos *

Semi-rigid Semi-continuos Semi-continuos *

Pinned * * Simple

CLASSIFICAZIONE SECONDO LA DUTTILITA’

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ASPETTI NORMATIVI

Pinned * * Simple

UNI EN 1993-1-8:2005


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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:

CLASSIFICAZIONE SECONDO I TIPI DI ANALISI

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ASPETTI NORMATIVI

UNI EN 1993-1-8:2005


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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

nodi si dividono in cinque categorie:

•test sperimentali;

•modelli empirici;

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ASPETTI NORMATIVI

MODELLAZIONE DEL NODO

“Goverdhan data bank”, “Steel connection data bank”, “SERICON data bank”

•modelli empirici;

•modelli analitici;

•modelli agli elementi finiti;

•modelli meccanici.

Detti anche modelli a molla, i modelli meccanici si basano sulla simulazione del

nodo/collegamento con un insieme di componenti rigide e flessibili.


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METODO DELLE COMPONENTI

Polimonio di Frye e Morris

4 parametri di Richard e Abbott

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GIUNTO SALDATO


1- Identificazione delle componenti;


.

2- Risposta delle componenti;

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ASPETTI NORMATIVI


2- Risposta delle componenti;

3-Assemblaggio delle componenti.3-Assemblaggio delle componenti.


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Il primo step da seguire, nel metodo delle componenti, è quello dell’individuazione delle

varie fonti di deformabilità.

Nel caso di connessioni saldate sono:

- Pannello d’anima della colonna a taglio;

- Anima della colonna in trazione;

- Anima della colonna in compressione;

- Flangia della colonna in flessione;

- Anima e flangia della trave in compressione.

CWS

CWT

CWC

CFB

BFC

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ASPETTI NORMATIVI


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Come è possibile notare, non tutte le componenti sono dello stesso tipo, poiché alcune di

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

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.

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ASPETTI NORMATIVI

In tale metodo, per i nodi saldati si ipotizza che la rottura delle saldature sia assolutamente

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.


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6.2.4.1 Column web panel in shear (CWS)

Calcolo delle RESISTENZAdelle varie componenti (Appendice J)

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ASPETTI NORMATIVI

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6.2.4.2 Column web in transverse compression

(CWC)


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ASPETTI NORMATIVI


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Si deve valutare la resistenza all’instabilita’ dell’anima della colonna considerata come

membratura compressa.


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ASPETTI NORMATIVI

Si aggiungono piatti di rinforzo per aumentare la resistenza dell’anima della colonna


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6.2.4.3 Column web in transverse tension (CWT)


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ASPETTI NORMATIVI

in caso contrario bisogna rinforzare il

giunto con oppurtuni irrigidimenti


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tem

pi

6.2.4.3 Column web in transverse tension (CWT)

Resistenza a flessione dell’ala

della colonna


Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI NORMATIVI

della colonna


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

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.

M RD = min { Fc,RD; Ft,RD; Vpl,RD } * z

Dove z e’ il braccio delle forze interne

Determinazione del momento resistente

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI NORMATIVI

CWC CWT CWS

z


Pa

rt I

IP

art

III

Mj,R

Curva caratteristica momento-rotazione

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

6.3 Rotational stiffness (Rigidezza rotazionale)

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI NORMATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Sj,ini

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

6.4 Rotation capacity

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI NORMATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

ϕCd

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi


Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI NORMATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI GENERALI


ASPETTI NORMATIVI

OUTLINES


Pa

rt I

IP

art

III

ASPETTI APPLICATIVI



Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

ESEMPIO APPLICATIVOHE 220A

IPE 300

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

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

My,T = Wy * σy = 141.7 kNm

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

M

χ

My

χy χu

Mu

Mu,T = Wpl * σy = 156.3 kNm


Pa

rt I

IP

art

III

Foto tratta dal Ballio Mazzolani “Strutture in acciaio” Hoepli.

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

CALCOLO DELLE RESISTENZE DELLE VARIE COMPONENTI

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Resistenza della zona compressa, (annesso J)


= 340.6 kN

= 272.5 kN

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

CWC

= 272.5 kN

= 155.7 mm

0


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Resistenza della zona compressa, (annesso J)

Resistenza all’instabilita’ dell’anima della colonna

Modo a nodi spostabili


Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

Modo a nodi spostabili

Lunghezza libera di inflessione L0= d

Larghezza efficace beff= (h2+ss2)0.5

= 184 kN

La resistenza della zona compressa e’ governata dall’instabilita’, dato che Fc,RD = 272.5 kN


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Resistenza della zona tesa, (annesso J)

= 325 kN

= 321 kN


Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

CFT

= 321 kN

= 280.88 kNNon c’e’ bisogno di rinforzare il



Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Resistenza della zona tesa, (annesso J)

= 325 kN

= 321 kN


Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

CWT

= 435 kN

= 321 kN

= 280.88 kNNon c’e’ bisogno di rinforzare il



Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Resistenza della zona soggetta a taglio, (annesso J)

= 298.3 kN

Valutare eventuali problemi di imbozzamento del pannello d’anima della colonna


Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

OK


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

CALCOLO DEL MOMENTO RESISTENTE DEL GIUNTO

M RD = min { Fc,RD; Ft,RD; Vpl,RD } * z = Nc,RD * z = 184 * 0.29 = 53.36 kNm

La resistenza del giunto e’ governata dalla instabilita’ della colonna.

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

321184 298

z = 0.29 m


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Calcolo della rigidezza rotazionale del giunto

= 1.115E7

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Calcolo della capacita’ di rotazione del giunto

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Classificazione del nodo

Mj,RD = 53.36 kN*m

MF-S (beam) = 153 kN*m

53.36 > 0.25*MF-S

53.36 < 153

PARTIAL

STRENGHT

(a parziale

ripristino)

Secondo la resistenza:

pinned

rigid

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

MF-S (beam) = 153 kN*m

MF-S (column) = 142 kN*m

Secondo la rigidezza rotazionale:

1.115 E+7 < 1.075 E+8

1.115 E+7 > 2.152E+6

SEMI-RIGID


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

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

stesso spessore delle ali della trave).

Considerazioni

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

M RD = min { Fc,RD; Ft,RD; Vpl,RD } * z = Vpl,RD * z = 298.3* 0.29 = 86.5 kNm


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Nel caso in cui si voglia realizzare un guinto a completo ripristino:

•Inserimento di irrigidimenti per rinforzare la colonna:

•Irrigidimenti orizzontali + Irrigidimento obliquo:

Considerazioni

•irrigidimento di 15 mm di spessore (t);

•lavori solo per una larghezza corrispondente alla

larghezza dell’ala della trave (b);

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

M RD = Vpl,RD * z = 525* 0.29 = 152 kNm


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

GIUNTO FLANGIATO

Extended end-plate connections

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Unione saldata Unione flangiata

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI

GIUNTO FLANGIATO


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

ESEMPIO APPLICATIVO (Tesi di Laurea Ing. Lorenzo Conversano)

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

RESISTENZA RIGIDEZZA

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI APPLICATIVI


Pa

rt I

IP

art

III

Ing. Lorenzo Conversano

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

100

150

200

250

M (kNm)

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion DIAGRAMMA MOMENTO-ROTAZIONE

ASPETTI APPLICATIVI

0

50

100

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

θ (rad)

TEST EC3


Pa

rt I

IP

art

III Il nodo studiato corrisponde esattamente al nodo del test identificato nella SERICON data

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.

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

ASPETTI GENERALI


ASPETTI NORMATIVI

OUTLINES


Pa

rt I

IP

art

III

ASPETTI APPLICATIVI



Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

NON LINEARITA’

Elementi:

• shell

• beam

• beam Point contact Tension

Materiale:

Elasto-plastico incrudente

Analisi: Statica non lineare

CARATTERISTICHE DEL MODELLO

Condizioni al contorno:

DX, DY, DZ

Flangia

(SHELL)

Ala trave

(SHELL)

Anima trave

Bulloni

(BEAM)

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)UNIONE FLANGIATA

0

50

100

150

200

250

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

M

(kNm)

θ (rad)

Anima

colonna

(SHELL)

Anima trave

(SHELL)

Ala colonna (SHELL)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

POINT CONTACT BEAM ELEMENT

Elementi BEAM di tipo Point contact con

rigidezza a trazione nulla, cioè reagenti solo a

compressione, per simulare il contatto tra la

piastra, a cui e’ saldata la trave.


MODELLAZIONE DEL CONTATTO PIASTRA - ALA DELLA COLONNA (Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

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.

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


MODELLAZIONE DEL CONTATTO PIASTRA -ALA DELLA COLONNA (Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


MODELLAZIONE DEL BULLONE

Beam (sezione del gambo del bullone)

“Beam” (elemento rigido, in grado di resistere solo

a compressione, rigidezza a trazione nulla)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion




“Beam” (elemento rigido, in grado di resistere solo

a compressione, rigidezza a trazione nulla)


Pa

rt I

IP

art

III


“Beam” (elemento in grado di resistere solo a

compressione, rigidezza a tazione nulla)

“Beam” (elemento rigido, in grado di resistere a

compressione e a trazione)

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion



htesta/2


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion




Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Tests of gusset plates performed at the University of Alberta

(Nast, Grondin and Cheng, 1999).

MODEL VALIDATION

Predicting the behavior of gusset plate in tension using FEA6/15P

art

IIn

tro

du

ctio

n

•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.

•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

Pa

rt I

IC

on

clu

sio

ns

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

MODEL VALIDATION


art

IIn

tro

du

ctio

n


Pa

rt I

IC

on

clu

sio

ns

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

MODEL VALIDATION

P = P0 cos α, where – 45° ≤ α ≤ 45°


art

IIn

tro

du

ctio

n

P = P0 cos α, where – 45° ≤ α ≤ 45°


Pa

rt I

IC

on

clu

sio

ns

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

CARATTERISTICHE DEL MODELLOUNIONE FLANGIATA

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Pressione lineare sugli elementi SHELL del

bordo superiore dell’anima della trave

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

CARATTERISTICHE DEL MODELLOUNIONE BULLONATA CON FLANGIA DI ESTREMITA’

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

Analisi non lineari:

•Non linearita’ di materiale:


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

CARATTERISTICHE DEL MODELLO

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

Analisi non lineari:

•Non linearita’ di geometria:


(Ing.Conversano)UNIONE FLANGIATA


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion CURVA M-θ

Analisi incrementale


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


(Ing.Conversano)


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

100

150

200

250M

(kNm)

TEST

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion UNIONE FLANGIATA_CONFRONTI

Mu

0

50

0 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 0.06

θ (rad)

TEST

EC3

FEM


Pa

rt I

IP

art

III RESISTENZARIGIDEZZA

Mj,R

EC3 senza coeff. 106 kNm

FEM 170 kNm

Test 153 kNm

Sj,ini

EC3 senza coeff. 21000 kNm/rad

FEM 20584 kNm/rad

Test 17864 kNm/rad

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Ing. Omati, Ing. Risa

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

PLATE

BEAM

UNIONE CONTROVENTO-TRAVE SECONDARIA



Pa

rt I

IP

art

III

LINK

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion

PLATE

SOLID


UNIONE COLONNA-FONDAZIONE Ing. Lofrano, Ing. Natangelo


Pa

rt I

IP

art

III

BEAM

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


UNIONE IN UN PONTE A STRUTTURALE RETICOLARE


Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

N. Nodes: 28330

n. Dof : 169980

n. Elements S4R and S3R: 27670

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion




Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion




Pa

rt I

IP

art

III

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

rof.

Ing.

Fra

nco

Bon

tem

pi

Configurazione 1Configurazione 1 Configurazione 2Configurazione 2 Configurazione 3Configurazione 3

Pa

rt I

Intr

od

uct

ion


STUDIO DELLE CONNESSIONI IN UN TELAIO MULTIPIANO


TRAVI

IPE 400

L 9.14 m

Me 410.38 kNm

Mp 463.985 kNm

χp 0.00845 1/m

χu 0.25 1/m

COLONNE PIANI 1-2-3

HE 340 B

H 1 5.33 m

H 2-3-4 4.2 m

Me765.38 kNm

Mp854.84 kNm

χp 0.0099 1/m

χu 0.2941 1/m

COLONNE PIANI 4-5-6-7

HE 280 B

H 4.2 m

Me488.48 kNm

Mp544.57 kNm

χp 0.0121 1/m

χu 0.3571 1/m

COLONNE PIANI 8-9-10

HE 240 B

H 4.2 m

Me333.10 kNm

Mp373.82 kNm

χp 0.0141 1/m

χu 0.4167 1/m

Acciaio S355

E 210000 N/mm2

fyk 355 N/mm2

fu 510 N/mm2

εu 5 %

εe 0.169 %

CARATTERISTICHE GEOMETRICHE E PROPRIETA’ DEI MATERIALI


Pa

rt I

IP

art

III

Cerniera ideale

Cor

so d

i CO

STR

UZI

ON

I MET

ALL

ICH

E - P

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Fra

nco

Bon

tem

pi


Pa

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Intr

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Elementi

Connection


Pa

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III

Cor

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ALL

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Ing.

Fra

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Bon

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pi


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Intr

od

uct

ion





Pa

rt I

IP

art

III

0

200

400

600

800

1000

1200

0 0.5 1 1.5

Ta

gli

o a

l p

ied

e (k

N)

Spostamento (m)

Ideale

Semirigidi

0

200

400

600

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1000

1200

0 0.5 1 1.5

Ta

gli

o a

l p

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e (k

N)

Spostamento (m)

Ideale

Semirigidi

0

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400

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1000

1200

0 0.5 1 1.5

Ta

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Spostamento (m)

Ideale

Semirigidi

Cor

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Bon

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pi

Semi-rigid behavior of connections in fire:

Pa

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Intr

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Pa

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III

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III

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Fra

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Bon

tem

pi

Documents

Connessioni in Acciaio - Lezione 14 dicembre2012