esercitazione unioni acciaio
TRANSCRIPT
STRUTTURE IN ACCIAIO :
SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 1GENERALITÀ
UNIONI BULLONATE
UNIONI SALDATE
Website: http://www.francobontempi.org
Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio
[email protected] , [email protected]
Sapienza Università di Roma
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
A.A. 2012 – 13
ESERCITAZIONI 9 – 10
21 Dicembre 201228 Febbraio 2013
2/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
3/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
4/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
SCOMPOSIZIONE STRUTTURALE
Struttura
Sottostruttura
Componenti
Struttura
Sottostruttura
Componenti
Elementi
5/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
SISTEMI DI COLLEGAMENTO
L’acciaio è fornito dall’industria siderurgica in elementi di forme tipiche (profilati, lamiere, tubi) e di dimensioni unificate
A partire da questi elementi resistenti semplici è possibili costruire una qualsiasi struttura
In questo senso assumono un ruolo fondamentale i collegamenti.Devono essere realizzati in modo che ciascun elemento semplice contribuisca alla capacità portante dell’insieme.
Sistemi di collegamento : dispositivi costruttivi che hanno lo scopo specifico di connettere due o più elementi strutturali inizialmente indipendenti
Sistemi di collegamento nelle NTC 2008:
• bulloni normali (§ 11.3.4.6.1)• bulloni ad attrito (AR) (§ 11.3.4.6.2)• saldature (§ 13.3.4.5)• chiodi (§ 11.3.4.6.3)
6/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Gen
eral
ità
UNIONI TRA COMPONENTI STRUTTURALI
Unioni correnti : servono per creare profili composti a partire da ferri piatti e cantonali (profili che non esistono sui sagomari, come travi alte e profili a cassone)
Unioni di forza: uniscono tra lori i vari elementi strutturali per formare l’intera (collegamenti) costruzione
Immagine da http://dankuchma.com/stm
I giunti tra gli elementi sono realizzati nelle zone di diffusione (D regions):
- Sono sede di concentrazioni di sforzi
- Non vale la teoria della trave di Bernoulli (non sono verificate le ipotesi alla base della teoria di De Saint Venant)
- Le indicazioni progettuali sono basate su basate su teorie e modellazioni semplificate supportate da analisi sperimentali o numeriche
Lo studio accurato delle unioni è fondamentale perché i collegamenti possono costituire il punto debole della struttura
7/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (1)
Sistema di collegamento
Tipo di sollecitazione che trasmettono
(o vincolo che schematizzano)
Deformabilità
Statica
• bullonate• saldate• chiodate
• Taglio (T)• Sforzo normale (N)• Sforzo normale e taglio (N+T)• Sforzo normale, taglio, momento (N+T+M)
• flessibili• semirigide• rigide
• articolazioni• unioni a parziale ripristino• unioni a completo ripristino
cerniera
incastro, vincolo continuità
Gen
eral
ità
8/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
CRITERI DI CLASSIFICAZIONE DELLE UNIONI (2)
Tipologia di componenti che vengono collegati
1. trave principale – trave secondaria (giunto di estremità)2. trave – trave continua3. trave – colonna4. colonna - colonna5. colonna – fondazione 6. elementi di controventamento7. …1
2
3
6
4
5
Gen
eral
ità
9/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
QUADRO RIASSUNTIVO DELLE TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI
COMPONENTI VINCOLO SOLLECITAZIONE TIPO UNIONE
1) Trave principale - trave secondaria
cerniera T bullonata
2) Trave - trave continua continuitàT
T + M
bullonatabullonata con coprigiunto
3) 4) 5) Trave - colonna (a 2, 3, 4 vie)
RITTI: cerniera T bullonataTELAIO:
nodo rigidoT + M
bullonata + saldata (giunto flangiato)
6) Controvento cerniera N +( N*e) bullonata
7) Colonna - colonna biella N bullonata
8) Colonna - plinto di fondazionecerniera N Bullonata
incastro N + MBullonata + irrigidimenti
Gen
eral
ità
10/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (ritti pendolari)
Gen
eral
ità
11/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (controventi)
Gen
eral
ità
12/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
TIPOLOGIE DI COLLEGAMENTI (telaio a nodi rigidi)
Gen
eral
ità
13/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
14/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
GENERALITA’
Uni
oni b
ullo
nate
VANTAGGI
• Facilità e velocità di montaggio e smontaggio – per questo motivo nel tempo la bullonatura ha rimpiazzato la chiodatura
• Flessibilità della struttura nel caso debba essere modificata per rispondere a nuove esigenze distributive
• Riutilizzo delle parti strutturali
SVANTAGGI
• Gli elementi strutturali sono indeboliti dalla presenza dei fori (è necessario effettuare opportune verifiche)
• La presenza dei fori comporta una distribuzione delle tensioni caratterizzatada punte locali
smax
smin
sm
Ø
s
Ø
15/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
MORFOLOGIA DEI BULLONI
Uni
oni b
ullo
nate
Bullone Rondella Dado
filettatura
Vite con testa esagonale Rondella Dado
Area dei bulloni (CNR 10011 prosp. 4 IV)
d [mm]Anom , area nominale
[mm 2]Ares, area resistente
[mm 2]
12 113 84
14 154 115
16 201 157
18 254 192
20 314 245
22 380 303
24 452 353
27 572 459
30 707 561
Area nominale
Area resistente
Diametro del foro = d bullone + 1 mm (fino d= 20 mm)
Diametro del foro = d bullone + 1,5 mm (fino d > 20 mm)
16/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
CLASSI DEI BULLONI
Uni
oni b
ullo
nate
CLASSE VITE
fyb
N/mm 2
snervamento
ftbN/mm 2
rottura
fdNN/mm 2
fdN = 0,9ftb/ γM2
fdVN/mm 2
fdV = 0,6ftb/ γM2
N
4.6 240 400 288 192
5.6 300 500 360 240
6.8 480 600 432 288
AR
8.8 649 800 576fdV = 0,6ftb/ γM2
320
fdV = 0,5ftb/ γM2
384
10.9 900 1000 720 400 480
10*9= 90 Kg/mm2 = 900 N/mm2 Aresistente Anominale
17/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
INTERASSE E DISTANZE TRA I FORI
Uni
oni b
ullo
nate
(NTC 2008, § 4.2.8.1.1)
t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati
d = diametro bulloned0 = diametro foro
18/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
INTERASSE E DISTANZE TRA I FORI
Uni
oni b
ullo
nate
(NTC 2008, § 4.2.8.1.1)
t = spessore minimo tra quelli degli elementi collegati
d = diametro bulloned0 = diametro foro
E’ necessario rispettare i limiti della normativa per rimanere nel campo di validità dei controlli sperimentali
19/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
STATI DI SOLLECITAZIONE
Uni
oni b
ullo
nate
Si distinguono le unioni in:
• unioni in cui il bullone è sollecitato a taglio
• unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione
• unioni in cui il bullone è sollecitato a trazione e taglio
Per il calcolo dello stato di sollecitazione non si possono usare le formule della teoria della trave. La sezione di calcolo coincide con la sezione di applicazione delle forze e non è applicabile il principio di De Saint Venant
IPOTESI utilizzate per lo studio delle unioni:
• lamiera “inifinitamente” rigida – si trascura la sua deformazione
• si trascura l’inflessione dei bulloni
• si trascurano le concentrazioni di tensioni in corrispondenza dei bordi dei fori
• pressioni uniformemente distribuite sui fori e sul gambo dei bulloni
20/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO
Uni
oni b
ullo
nate
F
F/2
F/2
Forza che agisce nel piano di contatto tra gli elementi
Si considera un collegamentoelementare
FF
F/2
F/2
F/2
F/2
F/2
F/2
F
F/2
F/2
F
Il bullone è soggetto a notevoli sforzi taglianti
21/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO: MODALITÁ DI COLLASSO
Uni
oni b
ullo
nate
1) Rottura per strappo della lamiera
2) Rottura per recisione del gambo del bullone
3) Rifollamento della lamiera
4) Rottura per trazione della lamiera
22/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (1/4)
Uni
oni b
ullo
nate
1) Rottura per strappo della lamiera
FF FF
D
D'
EE'
smF
⋅⋅⋅=2
11τ
s = spessorem = proiezione orizzontale del segmento DD’
Lo sforzo di taglio si divide su due sezioni di A = ms
23/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
2) Rottura per recisione del gambo del bullone
UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (2/4)
Uni
oni b
ullo
nate
F/2
F/2
FF/2
F/2
F/2
F/2F
F/2
F/2
Il gambo lavora su due facceSulla sezione di A = π d2 /4 agisce la forza F/2
224
2 d
F
⋅⋅=π
τ
24/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (3/4)
Uni
oni b
ullo
nate
3) Rifollamento della lamiera
F F
F
a b c
F
Campo elastico
Campo plastico
Valore medio
s = spessored = diametro del bullone
sd
F
⋅=1σ
25/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO: MODALITA’ DI COLLASSO (4/4)
Uni
oni b
ullo
nate
4) Rottura per trazione della lamiera
FF F F
F/2
F/2
F/2
F/2A
A'
smax
smin
sm
Ø
s
Ø
( ) sda
F
⋅−=2σ
a = altezza della lamierad = diametro del bullones = spessore
Andamento delle tensioni intorno al foro Valore convenzionale medio della tensione
Conoscendo le tensioni di collasso dei vari meccanismi è possibile risalire ai vari carichi di collasso. Il più piccolo dei 4 rappresenta l’effettivo carico ultimo del collegamento
a
26/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO: VERIFICHE
Uni
oni b
ullo
nate
Una volta calcolate le tensioni agenti è necessario valutare la sicurezza nei confronti dei vari meccanismi di collasso. 4 meccanismi 4 verifiche (NTC 2008, § 4.2.8.1.1)
1) Verifica a strappo della lamieraLa verifica a strappo è soddisfatta se il predimensionamento di distanze e interassi è stato effettuato seguendo le indicazioni della normativa
2) Verifica a recisione del gambo del bulloneCon l’ipotesi che la tensione tangenziale si distribuisca uniformemente:
VRdb
fA
R ≤=τ2
6,0
M
tbVRd
ff
γ=
2
5,0
M
tbVRd
ff
γ=
R = risultante sul singolo bulloneAb = area della sezione interessata
(Ab = A se il bullone lavora su una facciaAb = 2A se il bullone lavora su due facce)
Bulloni 6.8 e 10.9 con filettatura a contatto
Ab = 2A Ab = A
27/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO: VERIFICHE
Uni
oni b
ullo
nate
3) Verifica a rifollamento
4) Verifica di resistenza della lamiera
2M
tkrif
fk
ds
R
γασ ⋅⋅
≤⋅
=
R = risultante sul singolo bulloned = diametro del bullones = spessoreftk = resistenza a rottura del materiale della piastraγM2 = 1,25
ydf≤σ
ridA
N=σridW
M=σ
ridA
V=τ 22 3τσσσ +== id
⋅
=02
;9,0
minM
yk
M
tkyd
fff
γγo
Se è presente anche sforzo tangenziale
28/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TRAZIONE
Uni
oni b
ullo
nate
Forza che agisce in direzione perpendicolare al piano di contatto tra gli elementi
Si considera un collegamentoelementare
FN
FN
2
9,0
M
tb
resN
f
A
N
γγσ ⋅
≤⋅=γN = 1,25 per tenere conto dell’effetto leva
e di eventuali flessioni parassiteAres = A resistente del bulloneftb = resistenza a rottura del bulloneγM2 = 1,25
effetto leva
29/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
UNIONI A TAGLIO E TRAZIONE
Uni
oni b
ullo
nate
14,1
≤⋅
+tRd
tEd
vRd
vEd
F
F
F
F
2
6,0
M
restbvRd
AfF
γ⋅=
2
9,0
M
restbtRd
AfF
γ⋅⋅
Nel caso di presenza combinata di taglio e trazione si può adottare la formula di interazione lineare:
FtEd sollecitazione di trazione di progetto
FvEd sollecitazione di taglio di progetto
30/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE
Uni
oni b
ullo
nate
Le unioni reali sono costituite da più bulloni.E’ necessario utilizzare metodi di calcolo che permettono di ripartire gli effetti delle azioni esterne tra gli n bulloni
Ipotesi semplificative• lamiera “infinitamente” rigida• bulloni perfettamente elastici
•T e N si ripartiscono in modo uguale tra i bulloni• lo spostamento di ogni bullone è costante e proporzionale alla distanza dal baricentro
T
M T
T
Se lo sforzo di taglio non è applicato sull’asse baricentrico nasce un momento torcente
Ne
Se lo sforzo normale non passa per il baricentro della bullonatura bisogna considerare anche gli effetti di un momento flettente
31/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO
(E TORSIONE)U
nion
i bul
lona
te
V
VT.1
VT.6
V T.2
VT.5
VT.3
V T.4+ =
V
VV
V V
V1
V6
V 2
V5
V3V 4
T
T
M T M T
T
M T
Si trasporta la forza al baricentro della bullonatura
Si genera un momento torcente MT
Lo sforzo di taglio si ripartisce tra gli n bulloni
nn
TV
s
=
ns = numero sezioni resistenti
ii
TT y
yn
MV ⋅
⋅=
∑ 2
Anche MT si ripartisce tra i bulloni
yi = distanza dal baricentro della bullonatura
Su ogni bullone agisce la risultante di V e VT
32/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE
(E FLESSIONE)U
nion
i bul
lona
te
N
e
ymax
yi
NM
n
NFN =
Lo sforzo normale si ripartisce tra i bulloni
i
i
i yy
MF ⋅=
∑ 2
M è proporzionale alla distanza dei bulloni dall’asse neutro
n
Ny
y
MF
i
+⋅⋅
=∑
max2max 2Lo sforzo totale massimo nel bullone più sollecitato sarà:
33/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
I sistemi di collegamento: generalità
Unioni bullonate
Unioni saldate
Outline
Uni
oni s
alda
te
34/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
TECNOLOGIA DELLE UNIONI PER SALDATURA
UNI 1307Per saldatura si intende il processo mediante il quale si effettua l’unione deipezzi metallici sotto l’azione del calore, con o senza l’apporto di un materialemetallico, in modo da realizzare nei tratti di collegamento la continuità fra i pezzistessi.
VANTAGGI
SVANTAGGI
• 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 lebullonature bisogna realizzare i fori
• La buona riuscita dipende principalmente dall’operaio (si cerca infatti di farleil più possibile da manodopera specializzata in officina dove c’è piùcontrollo)
• Maggiori oneri di lavorazione che portano a costi maggiori
35/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
PROCEDURE DI SALDATURA
Saldature a pressione
• Sono utilizzate per realizzare le strutture composte acciaio – cls
• I connettori sono saldati alla trave e la collegano alla soletta in cls
• Non si usa materiale d’apporto
Saldature a fusione
• Si crea continuità tra gli elementi
• Il materiale proviene da un corpo esterno. E’ necessario farlo sciogliere e una volta sciolto proteggere il bagno di fusione per evitare un raffreddamento troppo rapido
• Esistono oltre 40 tipi di diversi di procedure
elettrodo
rivestimento
arco guidato
metallo di basemetallo fusozona di trazione
cordone
scoria
gas
36/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
PROCEDURE DI SALDATURA (1/2)
Saldatura manuale ad arco con elettrodi rivestiti
elettrodo
cordone di saldatura
pezzi da saldare(materiale base)
generatore
manico isolante
pinza porta elettrodo
E’ la più usata perché è la più semplice (si può fare anche in opera) ed è molto versatile.
Il generatore trasmette corrente che crea un arco elettrico tra l’elettrodo e il materiale base a causa della d.d.p.
Si crea una sorgente di calore localizzata che fa fondere entrambi e dal raffreddamento si ottiene il cordone di saldatura.
L’elettrodo è una bacchetta di materiale siliceo-vetroso (è più leggero dell’ acciaio fuso quindi galleggia sul materiale base e forma una pellicola protettiva contro l’idrogeno dell’atmosfera che fragilizza l’acciaio)
37/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
PROCEDURE DI SALDATURA (2/2)
Saldatura automatica ad arco sommerso
Di suo industriale. E’ caratterizzata da bagli di fusione di elevate dimensioni
La sorgente termica è costituita da un filo avvolto in matassa che un opportuno dispositivo meccanico provvede a far avanzare man mano che si fonde
La parte da saldare è ricoperta da sabbia che protegge l’acciaio fuso (“sommerso” perché coperto dalla sabbia)
Saldatura automatiche o semiautomatiche sotto gas d i protezione
Saldature a filo continuo in cui la protezione del bagno di fusione è affidata a un gas inerte o a un gas chimicamente attivo.
Hanno un costo elevato e sono utilizzate per saldare acciai particolari
Saldature con elettrodo infusibile
L’arco elettrico scocca tra un elemento di tugsteno e il materiale base.
L’elettrodo di tugsteno serve solo per far scoccare l’arco. Il materiale di apporto proviene da una bacchetta dello stesso materiale da saldare.
38/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
POSSIBILI DIFETTI
• Mancanza di penetrazione : il cordone non collega l’intera sezione da saldare (errore dell’operatore o lembi preparati male)
• Inclusioni solide : scorie nel bagno di fusione
• Soffiature : cavità formate dai gas che si liberano durante la saldatura
• Cricche a freddo : microfessure nel materiale base ai margini del cordone di saldatura. Dovute in genere a raffreddamento troppo rapido
• Cricche a caldo : fessure nella zona fusa causate da un elevato tenore di impurezze nel bagno di fusione. E’ il difetto peggiore.
• Deformazione
cricche a freddo
39/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Esistono due classi (NTC 2008 - § 4.2.8.2, CNR 10011/97 - § 2.5.3)
1) Giunti a completa penetrazione
• Viene ripristinata la continuità tra i pezzi uniti
• Diventano monolitici (e vanno verificati come tali)
La resistenza di calcolo dei collegamenti si assume uguale alla resistenza di progetto del più debole tra gli elementi connessi
Uni
oni s
alda
te
CLASSIFICAZIONE
testa a testa a T a croce
2) Giunti a cordone d’angolo
• Gli elementi da unire non vengono preventivamente modellati
• Sono solo accostati. Si hanno discontinuità nel flusso delle tensioni
discontinuità
discontinuità
40/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
GIUNTI A CORDONE D’ANGOLO: CALCOLO E VERIFICHE
Il problema di verificare la resistenza di un cordone d’angolo è stato oggetto di numerosi studi.Tutti i metodi proposti si basano su una ipotesi semplificativa: le tensioni si vengono considerate uniformemente distribuite sulla sezione di gola (a*L)
Reale distribuzione degli sforzi.Mano a mano che il materiale si plasticizza si ha una ridistribuzione degli sforzi e le disuniformità si attenuano
Altezza di gola a
Sezione di gola nella reale posizione Sezione di gola ribaltata
41/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
• Van den Eb traccia un dominio a peroide a partire da risultati sperimentali
Si cerca un dominio con una forma traducibile in equazione
• ellissoide ISO
• sfera inglese (BS, 1966): raggio pari a 0,58·fu;
• sfera americana (AISC, 1969): raggio pari a 0,61·fu;
• sfera tedesca (DIN, 1968): raggio pari a 0,70·fu.
Uni
oni s
alda
te
VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA: CENNI STORICI
( ) ( )1
70,058,0 2
2//
2
2
2
2
=⋅
+⋅
+ ⊥⊥
uuu fff
ττσ
Lo scopo era quello di tracciare il dominio spaziale delle resistenze
42/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
VERIFICHE SULLA SEZIONE DI GOLA RIBALTATA (NTC E CNR)
7,02//
22ydftnt ⋅⋅≤++ ⊥⊥ β
ydfnt ⋅⋅⋅≤+ ⊥⊥ β258,0
In Italia: • si vuole mantenere l’interpretazione delle DIN ma
rendendola più cautelativa
• Si vuole evitare una formulazione analitica di tipo quadratico
SFERA MOZZA
Sfera tagliata da due coppie di piani passanti per 0,58fu su entrambi gli assi
Verifiche
stato tensionale limitazioni Fe 360 Fe 430/ 510
0,85 fyd 0,70 fyd
fyd 0,85 fyd
fyd 0,85 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
0,85 fyd 0,70 fyd
⊥
⊥ ⊥
a
n σ⊥
t τ
2//
22 ≤++ ⊥⊥ ττσ
⊥
⊥
σ
τ
⊥
⊥
σ ττ
⊥
ττ
⊥ τσ
τ⊥
σ⊥
τ
≤+ ⊥⊥ στ
≤⊥τ
≤⊥σ
2//
2 ≤+⊥ ττ
2//
2 ≤+⊥ τσ
≤//τ
≤+ ⊥⊥ στ
≤⊥σ
≤⊥τ
≤⊥σ
44/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TRAZIONE
a
F
F/2
F/2
L
yd
ii
faL
F ⋅≤⋅
=∑
85,0//τ
∑ ⋅⋅=⋅ aLaL ii 4
ydfaL
F ⋅≤⋅⋅
=⊥ 85,02
σ
a
LF
F/2
F/2
Cordoni laterali Cordone frontale
45/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
(o )
Uni
oni s
alda
te
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO
Fa
h
L
F
a
h
b
L
nσt
τ⊥n
tσ
⊥
⊥⊥
⊥
⊥
⊥
L’area resistente è pari a A = 2·a·h
con modulo di resistenza6
22ha
W⋅⋅=
La massima tensione derivante dal momentoflettente è pari a:
2max
3
halF
W
M
⋅⋅⋅==⊥σ
ha
F
⋅⋅=
2//τ
ydf⋅≤+⊥ 85,02//
2max τσ
hab
LF
W
M
⋅⋅⋅==⊥σ
ab
F
⋅⋅=⊥ 2
τ
ydfba
F
hab
FL ≤⋅⋅
+⋅⋅
=+ ⊥⊥ 2τσ ydf⋅85,0
ydf⋅≤⊥ 85,0σ ydf⋅70,0
ydf⋅≤⊥ 85,0τ ydf⋅70,0
Cordoni frontali longitudinali Cordoni frontali trasversali
habW ⋅⋅=
(o )
(o )
46/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TAGLIO
F
-σ max
flessione
τ
taglio
A
B
ydA f⋅≤⊥ 85,0maxσ
ydBB f⋅≤+⊥ 85,02//
2 τσ (o 0,70 fyd)
Verifica nel punto A
Verifica nel punto B
47/47
Uni
oni b
ullo
nate
Uni
oni s
alda
teG
ener
alità
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio
ESERCITAZIONI 9 - 10 A.A. 2012 - 2013
Uni
oni s
alda
te
EFFETTI DELLE CARATTERISTICHE DI SOLLECITAZIONE: TORSIONE
a
H
L
h
a
H
MT
( )ah
MH T
+=
La
H
⋅=//τ
a
V
z
h
V
MT
a
L
z
MV T=
aLz
M
aL
V T
⋅⋅=
⋅=//τ
ydf⋅≤ 85,0//τ (o 0,70 fyd)
Cordoni laterali Cordoni frontali
PROSSIMA ESERCITAZIONE
STRUTTURE IN ACCIAIO :
SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2
ESEMPI: GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)GIUNTI TRAVE – COLONNA
UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE
UNIONE COLONNA – COLONNA
UNIONE COLONNA FONDAZIONE
UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO
Website: http://www.francobontempi.org
Prof. Franco Bontempi, Ing. Stefania Arangio
Sapienza Università di Roma
Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile
A.A. 2012 – 13
ESERCITAZIONE 11 (Marzo 2013)