Acciaio

Manuale tecnico per il progetto e la verifica delle strutture in acciaio e delle connessioni bullonate e saldate - Cenni sulla progettazione antisismica delle membrature

Manuale teorico-pratico sui principi della progettazione e della verifica delle strutture in acciaio. Questa seconda edizione è aggiornata alle nuove Norme Tecniche sulle Costruzioni (D.M. 17 gennaio 2018) ed alle Norme Europee (UNI EN 1993-1-1:2005 e UNI EN 1993-1-8:2005).

Le procedure di classificazione delle sezioni trasversali, di verifica di resistenza e stabilità delle membrature e la valutazione della capacità portante delle connessioni (bullonate e saldate) sono volte a definire un ordine logico per creare fogli di calcolo. Applicazioni numeriche sono state sviluppate per cogliere gli aspetti teorici più delicati e per svolgere i calcoli manualmente al fine di validare i risultati ottenuti dai software agli elementi finiti.

Il volume si articola in otto capitoli che trattano i seguenti argomenti: proprietà degli acciai e caratteristiche meccaniche delle sezioni (compendio di formule per la determinazione delle proprietà meccaniche delle sezioni trasversali di uso comune, comprese quelle per il calcolo della torsione da ingobbamento impedito), considerazioni sull’analisi strutturale globale (disamina sulla classificazione dei telai nei confronti della stabilità trasversale e sulle procedure di calcolo del primo e del second’ordine), classificazione delle sezioni trasversali (procedure per la determinazione della classe di appartenenza di una sezione trasversale e costruzione del dominio di transizione di classe in funzione dell’intensità della forza assiale sollecitante), resistenza delle membrature (determinazione delle resistenze plastiche delle sezioni ricadenti in classe 1 e 2 e verifiche tensionali per le sezioni in classe 3 e 4), stabilità delle membrature (disamina di tutti i possibili meccanismi di instabilità dovuti alle sollecitazioni di compressione, flessione e pressoflessione biassiale), progetto e verifica delle connessioni (determinazione delle resistenze dei più comuni giunti nominalmente incernierati, delle connessioni rigide con coprigiunti e di quelle flangiate con il metodo T-stub) ed applicazioni numeriche.

Il capitolo ottavo pone infine l’attenzione sui criteri di progettazione delle strutture in acciaio assoggettate ad azioni orizzontali di natura sismica, con particolare riguardo ai principi di duttilità, di capacità vs. domanda in accordo con i Criteri di Gerarchia delle Resistenze contenuti sia nelle NTC 2018 che nelle principali norme americane quali AISC318 e ASCE7.

Cosa contiene il software (in versione Desktop e WebApp)?

Il software incluso gestisce dei Fogli di calcolo (*.xls), utili alla comprensione delle metodologie di verifica di membrature e connessioni (i fogli di calcolo contengono al loro interno tutte le spiegazioni necessarie per il corretto utilizzo, nonché le formule per la determinazione di ciascuna grandezza). In particolare, sono presenti i seguenti Fogli di calcolo:

Resistenza e stabilità delle membrature a I e H
Consente di valutare le seguenti grandezze relative alle sezioni ad I o H:

• Caratteristiche meccaniche della sezione trasversale;
• Classificazione della sezione trasversale ai sensi dell’Eurocodice 3 e realizzazione del dominio di transizione di classe;
• Resistenze plastiche delle sezioni ricadenti in classe 1 e 2;
• Verifica tensionale delle sezioni ricadenti in classe 3 e 4;
• Verifiche di instabilità flessionale e torsionale delle membrature semplicemente compresse;
• Verifica di instabilità laterale (o flessotorsionale) delle membrature inflesse;
• Verifica di pressoflessione biassiale (metodo proposto nell’App. A dell’EC3);
• Verifica di pressoflessione biassiale (metodo proposto nell’App. B dell’EC3).

Caratteristiche meccaniche dei profili
Consente la determinazione delle caratteristiche meccaniche relative alle seguenti sezioni trasversali:

• Profili a I e H con ali uguali estrusi o saldati;
• Profili tubolari;
• Profili scatolari.

Membrature composte
Consente di progettare e verificare le membrature calastrellate o dotate di imbottiture con la possibilità, per quanto attiene le aste appartenenti a travature reticolari, di verificarne la connessione bullonata.

Verifica colonne tubolari composte
Consente la determinazione del dominio di resistenza di una colonna realizzata con tubolare in acciaio riempito di calcestruzzo e armato con gabbia opportunamente staffata. Le verifiche di resistenza e stabilità della membratura vengono effettuate tenendo conto dell’effetto di confinamento del calcestruzzo per effetto Poisson laddove i limiti imposti dalla normativa in merito all’eccentricità della forza assiale siano effettivamente soddisfatti.

Giunto con coprigiunti – SPLICE CONNECTION
Consente di verificare (o di determinare la resistenza) di un giunto bullonato di continuità tra membrature a I e H, realizzato con le seguenti configurazioni:

• Coprigiunti d’ala e anima (giunto incastro);
• Coprigiunti d’anima (giunto cerniera).

Giunto semplice – FIN PLATE CONNECTION
Consente di verificare (o di determinare la resistenza) di un giunto bullonato nominalmente incernierato, realizzato con fazzoletto verticale saldato alla membratura di sostegno, connesso alla membratura da collegare con un sistema di bulloni che lavorano a taglio.

Giunto semplice – FLEXIBLE END PLATE CONNECTION
Consente di verificare (o di determinare la resistenza) di un giunto bullonato nominalmente incernierato, realizzato con piastra flessibile saldata alla membratura da collegare, connessa alla membratura di sostegno con un sistema di bulloni che lavorano a taglio.

Giunto di base con piastra circolare
Consente di determinare la resistenza di una piastra di base di forma circolare, connessa alla fondazione mediante tirafondi.

Giunto con flangia di estremità – MOMENT CONNECTION
Consente di determinare il momento resistente e la classificazione in termini di resistenza flessionale, di un giunto flangiato bullonato, utilizzando il metodo T-stub descritto nell’Eurocodice 3, Parte 8, relativo al progetto delle connessioni.

L’installazione comprende: Glossario (termini più ricorrenti sull’argomento); FAQ (risposte alle domande più frequenti); Test base / Test avanzato (verifiche sulla conoscenza dell’argomento).

REQUISITI HARDWARE E SOFTWARE
Software Desktop: processore da 2.00 GHz; MS Windows Vista/7/8/10; MS .Net Framework 4+; 250 MB liberi sull’HDD; 2 GB di RAM; MS Excel 2007+; Accesso ad internet e browser web.

WebApp: qualsiasi dispositivo con MS Windows, Mac OS X, Linux, iOS o Android; MS Excel 2007+; Accesso ad internet e browser web con Javascript attivo.

Autore
Simone Caffè, ingegnere edile, è docente esterno presso l’Università degli Studi di Genova ed esercita la libera professione. È specializzato nella progettazione di strutture in acciaio ad uso civile ed industriale, in grandi opere in calcestruzzo armato e nelle procedure di calcolo numerico agli elementi finiti.

Indice

INTRODUZIONE

1. PROPRIETÀ DEGLI ACCIAI E CARATTERISTICHE MECCANICHE DELLE SEZIONI
1.1. Proprietà degli Acciai
1.2. Prodotti
1.3. Caratteristiche meccaniche delle sezioni
- Scheda tecnica ST1.1
Sezioni a I e ad H laminate a caldo
- Scheda tecnica ST1.2
Sezioni a I e ad H saldate
- Scheda tecnica ST1.3
Sezioni a I e ad H saldate, ad ali disuguali
- Scheda tecnica ST1.4
Sezioni a T saldate
- Scheda tecnica ST1.5
Sezioni a C saldate
- Scheda tecnica ST1.6
Sezioni a L
- Scheda tecnica ST1.7
Sezioni tubolari
- Scheda tecnica ST1.8
Sezioni scatolari
- Scheda tecnica ST1.9
Calcolo dei fattori di warping per sezioni ad I e ad H
- Applicazione A1.1
Calcolo delle proprietà geometriche e meccaniche di una sezione a C
- Applicazione A1.2
Esempio di calcolo della costante di warping di una sezione a “I” con ali non simmetriche

2. CONSIDERAZIONI SULL’ANALISI STRUTTURALE GLOBALE
2.1.  Le basi della progettazione (azioni, combinazioni e resistenze)
2.1.1. Azioni di progetto
2.1.2. Combinazione delle azioni
2.1.3. Concetto di Stati Limite
- Scheda tecnica ST2.1
Combinazione delle azioni
2.2. Modellazione delle strutture e metodi di analisi
2.2.1. Modellazione strutturale
2.2.2. L’analisi globale
2.3. L’analisi strutturale dei telai
2.3.1. Classificazione dei telai
- Applicazione A2.1
- Applicazione A2.2
2.3.2. Effetti del secondo ordine per telai a nodi spostabili
- Applicazione A2.3
2.3.3. Effetti delle imperfezioni nelle strutture
- Applicazione A2.4

3. CLASSIFICAZIONE DELLE SEZIONI
3.1. Generalità
3.2. Rapporti dimensionali larghezza-spessore degli elementi compressi
3.3. Classificazione delle sezioni trasversali tese
3.4. Classificazione delle sezioni trasversali compresse
3.5. Classificazione delle sezioni trasversali inflesse
3.6. Classificazione delle sezioni trasversali soggette a presso flessione
- Scheda tecnica ST3.1
Dominio di transizione di classe
- Applicazione A3.1
- Applicazione A3.2
- Applicazione A3.3

4. RESISTENZA DELLE MEMBRATURE
4.1. Generalità
4.2. Criteri di resistenza delle sezioni trasversali
4.3. Elementi soggetti a trazione pura
- Scheda tecnica ST4.1
Determinazione dell’area netta A_net
4.4. Elementi soggetti a compressione pura
4.5. Elementi soggetti a flessione monoassiale
4.5.1. Verifiche agli SLE
4.5.2. Verifiche agli SLU
- Applicazione ST4.1
- Scheda tecnica ST4.2
Caratteristiche meccaniche efficaci
4.6. Elementi soggetti a taglio
4.7. Elementi soggetti a torsione
4.7.1. Torsione uniforme
4.7.2. Torsione non uniforme
4.7.3. Torsione mista
4.8. Verifica tensionale elastica delle sezioni soggette ad azioni combinate
- Applicazione A4.2
4.9. Resistenza plastica delle sezioni soggette ad azioni combinate
4.9.1. Taglio e torsione
4.9.3. Flessione biassiale e taglio
4.9.4. Flessione e forza assiale in sezioni trasversali  di classe 1 o 2
4.9.5. Flessione biassiale e forza assiale in sezioni trasversali di classe 1 o 2
4.9.6. Flessione biassiale e forza assiale in sezioni trasversali di classe 3 o 4
4.9.7. Flessione e torsione
4.9.8. Flessione, taglio e forza assiale

5. STABILITÀ DELLE MEMBRATURE
5.1. Stabilità delle membrature compresse
5.1.1.  Carico critico Euleriano nel caso  di instabilità piana dell’asta ideale
5.1.2. Lunghezza critica:
- Applicazione A5.1
- Applicazione A5.2
5.1.3. Instabilità piana dell’asta reale
5.1.4. Resistenza delle membrature nei confronti dell’instabilità piana
5.1.5. Instabilità torsionale o flesso torsionale nelle membrature compresse
- Applicazione A5.3
5.2. Stabilità laterale delle membrature inflesse
5.2.1. Momento critico elastico per la trave ideale
- Applicazione A5.4
5.3. Stabilità delle membrature presso-inflesse biassialmente
5.3.1. Verifica delle sezioni presso-inflesse biassialmente con il METODO 1
5.3.2. Verifica delle sezioni presso-inflesse biassialmente con il METODO 2
- Applicazione A5.5
5.4. Stabilità delle aste compresse composte
- Applicazione A5.6

6. PROGETTO E VERIFICA DELLE CONNESSIONI
6.1. Criteri generali di progettazione
6.1.1.  Premessa
6.1.2. Coefficienti parziali di sicurezza per le connessioni
6.1.3. Considerazioni generali sulle connessioni
6.2. Connessioni bullonate
6.2.1. Bulloni, dadi e rondelle
6.2.2. Categorie delle connessioni bullonate
6.2.3. Dimensione e posizionamento dei fori
6.2.4. Verifiche dei bulloni per le connessioni in categoria A e D
6.2.5. Verifiche dei bulloni per le connessioni in categoria B, C ed E
6.2.6. Distribuzione delle forze nei dispositivi di giunzione agli stati limite ultimi
6.2.7. Connessioni semplici
- Scheda tecnica ST6.1
Piastra flessibile di estremità
- Scheda tecnica ST6.2
Piastra sottile
- Scheda tecnica ST6.3
Connessione con doppio angolare
- Scheda tecnica ST6.4
Connessioni per travi reticolari
6.2.8. Connessioni in grado di trasmettere  le sollecitazioni flettenti
- Scheda tecnica ST6.5
Connessione con coprigiunti d’ala e anima
- Applicazione A6.1
6.2.9. Connessioni di base
- Scheda tecnica ST6.6
Connessioni di base incernierate
- Applicazione A6.2
- Scheda tecnica ST6.7
- Scheda tecnica ST6.8
Connessioni di base rigide
- Applicazione A6.3
6.3.  Connessioni saldate
6.3.1. Generalità
6.3.2. Saldature a cordone d’angolo
6.3.3. Saldature di testa a completa penetrazione
6.3.4. Saldature di testa a parziale penetrazione
6.3.5. Resistenza delle saldature a cordone d’angolo
- Scheda tecnica ST6.9
Connessioni saldate
- Applicazione A6.4

7. APPLICAZIONI NUMERICHE
- Applicazione A7.1
Caratteristiche efficaci e stato tensionale elastico
- Applicazione A7.2
Resistenze plastiche di una sezione trasversale
- Applicazione A7.3
Progetto e verifica di un impalcato in acciaio
- Applicazione A7.4
Verifica di un portale incernierato alla base
- Applicazione A7.5
Verifica di una connessione a perno
- Applicazione A7.6
Verifica di una connessione con piastra sottile
- Applicazione A7.7
Verifica di una connessione con coprigiunti

8. CENNI SUI CRITERI DI PROGETTAZIONE ANTISISMICA  SECONDO IL D.M. 17/01/2018 (NTC2018)
8.1. Premessa
8.2. Progettazione antisismica delle strutture – Generalità
8.2.1. La progettazione antisismica ai sensi delle NTC2018
8.2.2. Rispetto dei requisiti nei confronti degli stati limite
8.2.3. Rispetto dei requisiti di duttilità – Generalità
8.3. Progettazione antisismica delle costruzioni in acciaio
8.3.1. Tipologie strutturali e fattori di comportamento
8.3.2. Verifiche di duttilità
8.3.3. Regole di progetto specifiche per le strutture intelaiate
8.3.4. Regole di progetto specifiche per telai con elementi di controvento concentrici
8.4. Cenni sulla progettazione antisismica secondo l’ASCE/AISC
8.4.1. Regole di progetto specifiche per le strutture intelaiate
8.4.2. Regole di progetto specifiche per telai con elementi di controvento concentrici
- ESEMPIO

APPENDICI
IL software INCLUSO (in versione Desktop e WebApp)
- Note sul software incluso
- Requisiti hardware e software
- Richiesta della password di attivazione del software
- Installazione ed attivazione del software Desktop (utenti MS Windows)
- Utilizzo della WebApp
- Assistenza tecnica (TicketSystem)