X Lezione Acciaio

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LE STRUTTURE INACCIAIO 2 LE STRUTTURE IN ACCIAIO 2Lacciaio una lega ferro-carbonio. La quantit di carbonio condiziona la resistenza e laduttilit (la prima cresce e la seconda diminuisce allaumentare del contenuto in carbonio). Ipi comuni acciai per carpenteria metallica hanno un contenuto in carbonio molto basso (da0.17% a 0.22%) e sono quindi estremamente duttili. Una caratteristica importante latenacit dellacciaio, cio la sua capacit di evitare rottura fragile alle basse temperature.Le normative (NTC 2008 o Eurocodice 3) impongono limiti alle caratteristiche meccaniche(tensione di rottura e di snervamento) ed allallungamento a rottura dei diversi tipi diacciaio, nonch limiti alla resilienza (legati alla temperatura ed al grado di saldabilit),i i l i ( i d h il 2 3 2) necessari per garantire la tenacit (si veda anche il punto 2.3.2).Negli acciai sono contenute piccole quantit di manganese e silicio, che favoriscono lasaldabilit, e di altri elementi (fosforo, zolfo, ecc.) che sono da considerare impuriti it bili P l ld bilit d ll i i i t t il d di di id i l i inevitabili. Per la saldabilit dellacciaio importante il grado di disossidazione: lossigenopresente nellacciaio fuso si combina col carbonio formando monossido di carbonio CO chenel raffreddamento torna allo stato gassoso creando diffuse soffiature (lacciaio viene dettoeffervescente); laggiunta di alluminio e silicio che si combinano con lossigeno formando effervescente); l aggiunta di alluminio e silicio, che si combinano con l ossigeno formandoossidi che vengono poi eliminati, riduce la formazione di monossido di carbonio (acciaicalmati o semicalmati). Precisi limiti alla composizione chimica dellacciaio per strutturesaldate sono riportati nel punto 11 3 4 delle NTC saldate sono riportati nel punto 11.3.4 delle NTC.Per la realizzazione di strutture metalliche e di strutture composte si dovranno utilizzare acciai conformi alle norme armonizzate della serie UNI EN 10025 (per i laminati), UNI EN 10210 (per i tubi senza saldatura) e UNI EN 10219-1 (per i tubi saldati). 10210 (per i tubi senza saldatura) e UNI EN 10219 1 (per i tubi saldati).La vecchia normativa italiana sulle costruzioni di acciaio, pur non precludendo lapossibilit di impiego di altri acciai, si riferisce a tre tipi di acciaio che definisconosostanzialmente tre classi di resistenza: l'acciaio Fe 360 con tensione di rottura a trazionet > 360 MPa, l'acciaio Fe 430 con t > 430 MPa e l'acciaio Fe 510 con t > 510 MPa.Simbolo adottatoSimbolo UNICaratteristica o parametro Fe 360(1)Fe 430(1)Fe 510(1)ftRmTensione (carico unitario) di rottura a trazione [N/mm2](2)> 340s 470(3)> 410s 560(4)> 490s 630 70 560 630FyReTensione (carico unitario) di snervamento [N/mm2](5)> 235(6)> 275(7)> 355KV KV Resilienza KV [J](8)B +20C > 27 > 27 > 27C 0C > 27 > 27 > 27D -20C > 27 > 27 > 27DD -20C --- --- > 40ctAiAllungamento % a rottura > 24(9)> 20(9)> 20(9)min- per lamiere- per barre, laminati mercantili, profilati, larghi piatti(9)> 26(10)(9)> 22(10)(9)> 22(10)) A 65 , 5 ( L0 0 =(1)Rientrano in questi tipi di acciai, oltre agli acciai S235, S275 ed S355 nelle qualit JR, J0, J2 e K2 della UNI EN 10025 Eurocodice 3 e NTC del 2008: valori nominali della tensione di snervamento fye tensione di rottura fuper acciaio strutturale laminato a caldo.Eurocodice 3 e NTC del 2008: valori nominali della tensione di snervamento fye tensione di rottura fuper acciaio strutturale laminato a caldo con sezione cava.Norme tecniche DM 14/01/2008 11.3.4 ACCIAI PER STRUTTURE METALLICHE E PER STRUTTURE COMPOSTEMetodo di verifica alle Tensioni AmmissibiliAzioni di calcolo Azioni di calcoloLe azioni agenti sulla costruzione sono raggruppate in due sole condizioni di carico.La condizione di carico I cumula nel modo pi sfavorevole le azioni permanenti e variabili(compresi eventuali effetti dinamici) ad eccezione degli effetti del vento, del sisma e degli staticoattivi sfavorevoli (temperatura, cedimenti dei vincoli ecc.).Si devono includere nella condizione di carico I gli effetti statici e dinamici del vento (o del sisma)qualora le tensioni da essi provocate siano maggiori di quelle generate dagli altri carichi permanentio variabili.La condizione di carico II cumula nel modo pi sfavorevole le azioni permanenti e variabili (ventoo sisma inclusi).Resistenza di calcoloSi fa riferimento ai valori ammissibili e della resistenza Si fa riferimento ai valori ammissibili adme admdella resistenza.Tali valori sono specificati nei punti successivi relativamente alla condizione di carico I.Le tensioni ammissibili per la condizione di carico II sono da assumersi pari a:1,125 adme 1,125 adm.Sono obbligatorie le verifiche per ambedue le condizioni di carico I e II.Materiale oadm[N/mm2]t s 40 oadm[N/mm2]40 < t s 100oadm[N/mm2]100 < t s 250F 360 160 140 115 Fe 360Fe 430Fe 510160190240140170210115135180t = spessore (mm)Per gli stati piani, i soli per i quali si possono dare valide indicazioni, si deve verificare che risulti < id< adm,essendo nel riferimento generico:in particolare per oy= 0 (per esempio nelle travi):e nel caso di tensione tangenziale pura:.Metodo di verifica semiprobabilistico agli Stati LimiteIn funzione della severit del danno che si manifesta gli stati limite sono divisi in: In funzione della severit del danno che si manifesta, gli stati limite sono divisi in:-- stati limite ultimi (SLU) corrispondenti al raggiungimento della capacit portante o avalori limite di spostamento e deformazione; stato limite di equilibrio al fine di controllare lequilibrio globale della struttura e stato limite di equilibrio, al fine di controllare l equilibrio globale della struttura e delle sue parti durante tutta la vita nominale comprese le fasi di costruzione e di riparazione; stato limite di collasso, corrispondente al raggiungimento della tensione di stato limite di collasso, corrispondente al raggiungimento della tensione di snervamento oppure delle deformazioni ultime del materiale e quindi della crisi o eccessiva deformazione di una sezione, di una membratura o di un collegamento (escludendo fenomeni di fatica), o alla formazione di un meccanismo di collasso, o( ), ,allinstaurarsi di fenomeni di instabilit dellequilibrio negli elementi componenti o nella struttura nel suo insieme, considerando anche fenomeni locali dinstabilit dei quali si possa tener conto eventualmente con riduzione delle aree delle sezioni resistenti. stato limite di fatica, controllando le variazioni tensionali indotte dai carichi ripetuti in relazione alle caratteristiche dei dettagli strutturali interessati.Per strutture o situazioni particolari, pu essere necessario considerare altri stati limite ultimi.Metodo di verifica semiprobabilistico agli Stati LimiteIn funzione della severit del danno che si manifesta gli stati limite sono divisi in: In funzione della severit del danno che si manifesta, gli stati limite sono divisi in:-- stati limite di servizio (o esercizio) (SLS) legati alle esigenze di funzionalit e didurata. stati limite di deformazione e/o spostamento al fine di evitare deformazioni e stati limite di deformazione e/o spostamento, al fine di evitare deformazioni e spostamenti che possano compromettere luso efficiente della costruzione e dei suoi contenuti, nonch il suo aspetto estetico; stato limite di vibrazione, al fine di assicurare che le sensazioni percepite dagli stato limite di vibrazione, al fine di assicurare che le sensazioni percepite dagli utenti garantiscano accettabili livelli di confort ed il cui superamento potrebbe essere indice di scarsa robustezza e/o indicatore di possibili danni negli elementi secondari; stato limite di plasticizzazioni locali, al fine di scongiurare deformazioni plastichep , g pche generino deformazioni irreversibili ed inaccettabili; stato limite di scorrimento dei collegamenti ad attrito con bulloni ad alta resistenza, nel caso che il collegamento sia stato dimensionato a collasso per taglio dei bulloni.Metodo di verifica semiprobabilistico agli Stati LimiteIl materialeI valori della resistenza di calcolo in trazione o compressione fdsono calcolati comefd=fyk/MPer gli stati piani si deve verificare che risulti id< fdessendo nel riferimento generico:in particolare per oy= 0 (per esempio nelle travi), e nel caso di tensione tangenziale pura:Metodo di verifica semiprobabilistico agli Stati LimiteIl materialeMetodo di verifica semiprobabilistico agli Stati LimiteClassificazione delle sezioniLe sezioni trasversali degli elementi strutturali si classificano in funzione della loro capacitrotazionale C Si distinguono le seguenti classi di sezioni: rotazionale C. Si distinguono le seguenti classi di sezioni: classe 1 quando la sezione in grado di sviluppare una cerniera plastica avente la capacit rotazionale richiesta per lanalisi strutturale condotta con il metodo plastico di cui al 4.2.3.2 senza subire riduzioni della resistenza. Possono generalmente classificarsi al 4.2.3.2 senza subire riduzioni della resistenza. Possono generalmente classificarsi come tali le sezioni con capacit rotazionale C 3 classe 2 quando la sezione in grado di sviluppare il proprio momento resistente plastico, ma con capacit rotazionale limitata. Possono generalmente classificarsi come talip , p gle sezioni con capacit rotazionale C 1,5 classe 3 quando nella sezione le tensioni calcolate nelle fibre estreme compresse possono raggiungere la tensione di snervamento, ma linstabilit locale impedisce lo sviluppo del momento resistente plastico; classe 4 quando, per determinarne la resistenza flettente, tagliante o normale, necessario tener conto degli effetti dellinstabilit locale in fase elastica nelle parti compresse che compongono la sezione. In tal caso nel calcolo della resistenza la sezione geometrica effettiva pu sostituirsi con una sezione efficace.Le azioniI di d t t d l t d di ifi tili t l i i d l t Indipendentemente dal metodo di verifica utilizzato