Corso l'Aquila - Unioni e Collegamenti - Formisano

Dr. Ing. Antonio FormisanoDipartimento di Ingegneria StrutturaleUniversit di Napoli Federico [email protected]

LAquila, 7 Maggio 2010

MODULO II: TEORIA DELLE STRUTTURE IN ACCIAIOLEZIONE N. 6

LE UNIONI ELEMENTARI ED I COLLEGAMENTI

INDICE

Le unioni: aspetti tipologici e tecnologiciCalcolo e verifica unioni bullonateCalcolo e verifica unioni saldate

Il comportamento dei collegamenti

2

ing. A. Formisanoing. A. Formisano

Corso in:Corso in:Progettare con lProgettare con lacciaio in zona sismicaacciaio in zona sismica

Le unioni elementari ed i collegamentiLe unioni elementari ed i collegamenti

INDICE



3




Le unioni: aspetti tipologici e tecnologiciGeneralitClassificazioneUnioni con organi meccaniciUnioni saldateEsempi di collegamentiDettagli costruttivi e durabilit


4Le unioni elementari ed i collegamentiLe unioni elementari ed i collegamenti ing. A. Formisano

Generalit

Fasi operative

Fasi operative

Fasi operative

Fasi operative

Identif. 1a

Modellazione

2

Analisi3

Controllo (teorico)o verifica4

si

no

La trave di Galileo, tratto da:Discorsi e dimostrazioni matematiche intorno a due nuove scienze (Leida, 1638)

Galileo Galilei(1564-1642)

Galileo intu che la resistenza a flessione di una trave direttamente proporzionale alla sua larghezza ed al quadrato della sua altezza.

Il metodo Il metodo Il metodo Il metodo scientificoscientificoscientificoscientifico

InputSistema

strutturale

1b Concezione

Costruzione esistente

Costruzione nuova

5 SintesiOutput

Normative di

riferimento

Realizzazione e Controllo (sperim.) o collaudo

GeometricaAzioniMeccanica



GeneralitComponenti del sistemaComponenti del sistemaComponenti del sistemaComponenti del sistema

1. Membrature

Definito il tipo di materiale (componente di base), i componenti di un sistema strutturale in acciaio sono:

2. Collegamenti

HE IPE

Nodo trave-colonna

Collegamentocolonna-fondazione

Es. Il caso di un edificiointelaiato



Struttura in c.a.

Struttura metalliche

Generalit

StruttureStruttureStruttureStrutture in c.a.in c.a.in c.a.in c.a. StruttureStruttureStruttureStrutture metallichemetallichemetallichemetalliche

L3

La struttura in c.a. si presentacome un sistema monoliticonel quale occorrono particolariaccorgimenti per consentireconsentiremovimenti relativi tra le diverse membrature (travi e pilastri

La struttura metalliche nasconodallassemblaggio di elementimonodimensinali prefabbricati. Al contrario delle strutture in c.a. occorrono in questo casoparticolari accorgimenti per impedire gli spostamenti relativitra gli elementi attraverso la realizzazione di collegamenti

Differenze nellaconcezionestrutturale






(*) Rispetto ad uno deiseguenti parametri:

Resistenza Rigidezza Duttilit

Classificazione

Metodologia di classificazione

Comportamento strutturale(*)

rispetto alle membrature connesse

Tipo di elementi collegati

Tecnologia dunione adottata

Nodi

Giunti

Completo ripristino

Parziale ripristino

Senzaripristino

Con organi meccanici

Con saldatura

Colonna- Trave

Trave-Trave Colonna-

fondazione

TraveColonna

Bulloni

Rivetti

Membrature collegate

Nodi a completo ripristino

Nodi a parziale ripristino

M

Laser Beam

Welded region

Keyhole

Laser Beam

Welded region

Keyhole

ArcoLaser



Classificazione


Nodi

Giunti

TP

Colonna - Trave

Trave p. Trave s.

Sono i dispositivi necessari a collegare elementi tipologicamentediversi

Sono i dispositivi necessari a prolungare la stessa membratura(Lstd=12 m)

N.B.N.B.N.B.N.B. Alcuni autori (ad es. Ballio & Bernuzzi) non fanno distinzione tra nodo e giunto. Con il termine giunto intendono il nodo.

Colonna Fondazione

TS

Colonna - Colonna

Trave Trave

Sistema Esempio



Classificazione

Collegamento

Collegamento Collegamento

Collegamento

Unione

Unione

Unione

UnioneIl nodo e il giunto possono esserevisti come dei sistemi strutturaliottenuti dalla composizione di uno o pi collegamenti a sua voltacomposti da unioni elementari

Nodo o giunto

CollegamentoUnione

Nodi Giunti

Saldati

Bullonati





Classificazione






Nodi

Giunti

Senza ripristino

Parziale ripristino

Completoripristino


Con saldatura

Colonna- Trave


fondazione

TraveColonna

Bulloni

Rivetti




M

Laser Beam

Welded region

Keyhole

Laser Beam

Welded region

Keyhole

ArcoLaser



Classificazione

Comportamento strutturale(*) rispetto alle membrature connesse

Ad es. rispetto allaRigidezza (k)

Parziale ripristino della rigidezza

(Nodi semirigidi)

Sistema EsempioModello

Completo ripristino di rigidezza

(Nodi rigidi)

Senza ripristino

(Articolazioni)




M

M

k

k=tg()

Nodobullonatoflangiato

Nodobullonato

con squadrette

Nodo saldatoed irrigidito





Classificazione






Nodi

Giunti

Senza ripristino

Parziale ripristino

Completoripristino


Con saldatura

Colonna- Trave


fondazione

TraveColonna

Bulloni

Rivetti




M

Laser Beam

Welded region

Keyhole

Laser Beam

Welded region

Keyhole

ArcoLaser




Tipologie di organi

meccanici

Unioni con organi meccanici: tipologie

Per carpenteria pesante Bulloni (d[1230mm]) Chiodi (d 8 mm)

Per carpenteria leggera (*) Rivetti (d < 8 mm) Viti autofilettanti Clincatura

Tassellimeccanici

Tasselli chimici

Ancoraggi Tasselli chimici Tasselli meccanici

ChiodiBulloni

Rivetti

Viti

Clincatura

(*) Le strutture in carpenteria leggera sidifferenziano da quelle in carpenteria pesanteperch realizzateintegralmente con membrature formate a freddo



Vite

Dado

Rosetta

Unioni con organi meccanici: Il bullone e sua morfologia

Gambo

Filettatura

Dado

Testa

Rosetta

Vite

Diametro nominale M

( M12 M30)

Geometria

M=d

Resistenza

Classe di resistenza X.Y

Rottura fub = X 100 (MPa) Snervamento fyb = X Y 10 (MPa)

X.Y

Morfologia

Nomenclatura

Prospetto

Pianta



Unioni con organi meccanici: propriet geometriche bulloni

LB

dn

dn

d

As

A

ds

2mn

s

ddd +=

s

M=d il diametro nominale o lordo del bullonedn il diametro del nocciolodm il diametro medio tra d e dnds il diametro resistenteA larea lorda del bulloneAs larea resistente (trazione)

N.B.

A rigore dn e dm sono funzione del passo s della filettatura In linea generale si pu considerare: As =[0.75 0.82]A

Sezionex-x

X X

M=d

Carpenteria leggera

M - d(mm)

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30

As(mm2) 8,8 20,1 36,6 58 84,3 115 157 192 245 303 353 459 561

Principali parametri geometrici

Carpenteria pesante

Vite



Unioni con organi meccanici: propriet meccaniche bulloni

Proprietmeccaniche

Classe di resistenzaClasse di resistenzaClasse di resistenzaClasse di resistenza

Bulloni Normali Bulloni ad alta resistenza

3.6 4.6 4.8 5.6 5.8 6.6 6.8 8.8 9.8 10.9 12.9

Tensione di snervamento

fyb (N/mm2)- 240 320 300 400 360 480 640 - 900 -

Tensione ultima a trazionefub (N/mm2)

Rm,nom

(N/mm2)300 400 400 500 500 600 600 800 900 1000 1200

Prova a trazione

F

F

Abbinamento Classe Abbinamento Classe Abbinamento Classe Abbinamento Classe

ViteViteViteVite----DadoDadoDadoDado

Organo Bulloni normali Bulloni ad alta resistenza

Vite 4.6 5.6 6.8 8.8 10.9

Dado 4 5 6 8 10

fyb

fub



Unioni con organi meccanici: posa in opera e controlli



Chia

vedi

na

mo

me

trica

FpC

FpC

MS

SubC,p Af.F = 700

C,pS FdkM =Coppia di serraggio

Forza di serraggio

V

V

Proprietgeometriche

Coppia di Serraggio Ts - Ms

(Nm)Forza di Serraggio Ns - FpC

(kN)

d As Bulloni NormaliBulloni Alta Resistenza Bulloni Normali

Bulloni Alta Resistenza

(mm) (mm2) 4,6 5,6 6,6 6,8 8,8 10,9 4,6 5,6 6,6 6,8 8,8 10,9

12 84 56 71 85 85 113 141 24 29 35 35 47 59

14 115 90 113 135 135 180 225 32 40 48 48 64 81

16 157 141 176 211 211 281 352 44 55 66 66 88 110

18 192 194 242 290 290 387 484 54 67 81 81 108 134

20 245 274 343 412 412 549 686 69 86 103 103 137 172

22 303 373 467 560 560 747 933 85 106 127 127 170 212

24 353 474 593 712 712 949 1186 99 124 148 148 198 247

27 459 694 868 1041 1041 1388 1735 129 161 193 193 257 321

30 561 942 1178 1414 1414 1885 2356 157 196 236 236 314 393

Il parametro k [0.1 0.23] rappresenta il coefficiente di rendimento della coppia che in base alla norma EN14399 dovressere dichiarato dal produttore per le unioni ad attrito

k=0.20

Unioni con organi meccanici: I chiodi

Gambo

TestaMorfologia

Fase I)Riscaldamento

Fase II) Inserimento nel foro

550 720 C

Fase III) Ribattitura a caldo

Processo



Unioni con organi meccanici: I chiodiParametrigeometrici

D 1.6 d

d

s

LR =

0.82

d

a) Testa tondae stretta

b) Testa svasatacon calotta

c) Testa svasatapiana

Tipi di chiodi

Esempio di unioni chiodate (da Breymann)N.B.

Il diametro d e la lunghezza del gambo sonodefinite sulla base dello spessore totale del pacchetto di lamiere (s)

L = 1,1s + 1,3d

d s






Tipologiedi

Saldatura

Unioni saldate: tipologie

Processo(*)

Ad arco con elettrodo rivestito

Ad arco in ambiente protetto (MIG, MAG, TIG)

Speciali (Laser, spot weld)

Forma del cordone

Dangolo

A completa penetrazione

Con elettrodo

Con protezione di gas

Laser

Testa a testa

Per sovrapposizioneT

T

N.B.N.B.N.B.N.B..In ambito strutturale si adottano generalmentesaldature autogene per fusione ovverosaldature nelle quali il materiale di base, portato a fusione, partecipa alla realizzazionedellunione

(*) Saldature picomuni in ambitostrutturale

Strutture ordinarie

Strutture ad altaduttilit e serbatoi

Strutture in acciaio

Strutture in lega di alluminio e inox

Strutture cold-formed



Unioni saldate: Il processo saldatura ad arco

La saldatura avviene per fusione tra il metallo di base e quello dapporto (saldatura autogena)

La sorgente termica rappresentata dallarco elettricoche viene prodotto a seguito della differenza di potenziale trail materiale di base e lelettrodo

Il meteriale dapporto fornito dal nucleo dellelettrodo(dotato di adeguate caratteristiche meccaniche) il cui rivestimento produce un gas per la protezione della zona fusa

Saldature ad arco con elettrodo rivestito

Semplicit del processo

Possibilit di saldare pezzi di difficile accesso anche in sito

Processo

Vantaggi

Svantaggi Impossibilit di saldare materiali come leghe di alluminio ed

acciaio inox o legati

Bassa automazione del processo

X

X

ElettrodoRivestimento

Metallodapporto

Lamiere da giuntare

Arco

BasicoAcidoCellulosico

Tipo di elettrodo

Gas

Bagno di fusione

Metallodi base

CordoneScoria

Alimentazione

E - fu - I



Tipologiedi

Saldatura

Unioni saldate: tipologie

Processo(*)




Forma del cordone

Dangolo


Con elettrodo


Laser

Testa a testa


T


Strutture ordinaria







Unioni saldate: Il processo saldatura ad arco

La saldatura avviene per fusione sfruttando lelevatatemperatura prodotta da un arco elettrico che scocca tra un elettrodo fusibile (filo) e il pezzo da saldare.

Nella saldatura MIG il filo (elettrodo) fornisce il materialedapporto ed il suo avanzamento avviene con un meccanismo di spinta automatico (filo continuo). Nellasaldatura TIG lelettrodo di tungsteno non si consuma.

Durante la saldatura il filo (elettrodo), il bagno, larco, le zone circostanti il materiale, sono protetti dalla contaminazione atmosferica tramite il gas inerte fluente dalla pistola.

Saldature ad arco in atmosfera protetta

(MIG MAG- TIG)

Possibilit di saldare alluminio ed acciaio inox.

Elevata produttivit dovuta alla continua alimentazione del materiale dapporto.

Processo

Vantaggi

Svantaggi Apparecchiatura complessa, costosa, difficilmente

trasportabile, ingombrante e difficolt a saldare giunti in posizioni particolari.

Elettrodo a filo

Ugello a contatto

Gas di protezioneUgello

Cordone

Lamiere dagiuntare

Alimentazione

Dispositivoavanzamento

Arco

X



Unioni saldate: Geometria del cordone

Legaai alluminio

Acciaio

N.B.N.B.N.B.N.B.Il cordone lelemento resistentedella saldature. Pertanto non varimosso!

Saldature a cordone dangolo

Saldature a completa penetrazione

t

Cianfrino a V o Y

t

Cianfrino a X

tw twmmtt minw 4

mmat ww 3

aw

Sezione di gola

Cordone Concavo Cordone triangolare

Cordone convesso

N.B.N.B.N.B.N.B.Nelle saldature a Parziale Penetrazione tw

Unioni saldate: Difetti e controlli di qualit

Controllo visivo saldatura (VT) Esame magnetoscopico saldatura (MT) Esame ad ultrasuoni (UT) Controllo radiografico saldature (RT) Metodo dei liquidi penetranti (PT)

Metodi di controllo non distruttivo

Principali difetti

Inclusioniche possono essere dovute sia ad un maneggio errato dell'elettrodo sia ad una rimozione non sufficiente della scoria

Porositdovute generalmente all'inquinamento del bagno di saldatura da parte di materiali estranei (per es. grasso o vernice) e le incisioni marginali, dovute a difficolt da parte del saldatore nella gestione dell'elettrodo

Cricche fessure prodotte nel cordone a caldo o a freddo rispettivamente per la presenze di impurezze nel metallo e per lassorbimento di idrogeno nel bagno di fusione

Controllo di qualitDM-CNR10011

(Saldature a completa penetrazione)

Varie ad esempio: tensioni residue dovute al raffreddamento, zone alterate termicamente (HAZ), strappi lamellari e difetti di esecuzione

Classe ISaldature eseguite con elettrodi di qualit3 o 4 secondo la norma UNI 2132 e soddisfa controlli radiografici previsti dal raggruppamento B della UNI 7278Classe IISaldature eseguite con elettrodi di qualit2, 3 o 4 secondo la norma UNI 2132 e soddisfa controlli radiografici previsti dal raggruppamento F della UNI 7278



Unioni saldate: Difetti e controlli di qualitPrincipali difetti

Inclusioniche possono essere dovute sia ad un maneggio errato dell'elettrodo sia ad una rimozione non sufficiente della scoria

Porositdovute generalmente all'inquinamento del bagno di saldatura da parte di materiali estranei (per es. grasso o vernice) e le incisioni marginali, dovute a difficolt da parte del saldatore nella gestione dell'elettrodo

Cricche fessure prodotte nel cordone a caldo o a freddo rispettivamente per la presenze di impurezze nel metallo e per lassorbimento di idrogeno nel bagno di fusione

Controllo di qualitEN 1993

(Saldature a completa penetrazione)

Varie ad esempio: tensioni residue dovute al raffreddamento, zone alterate termicamente (HAZ), strappi lamellari e difetti di esecuzione

I procedimenti di saldatura devono essere qualificati secondo la norma EN 2883 e devono essere utilizzati acciai saldabili(par. 3.2 EN 1993-1-1)

Il materiale dapporto e gli elettrodi devonorispettare i requisiti forniti dalla EN 1993-1-8 (Parte EC3 sui collegamenti)

Il livello di qualit, lentit ed il tipo di tali controlli sono definiti dal progettista ed eseguiti sotto la responsabilit del direttore dei lavori attraverso prove non distruttive

Per le modalit di esecuzione dei controlli ed i livelli di accettabilit si potr fare riferimento alle prescrizioni della EN 12062



Le unioni: aspetti tipologici e tecnologiciGeneralitClassificazioneUnioni con organi meccaniciUnioni saldateEsempi di collegamenti: bullonatiDettagli costruttivi e durabilit



Esempi di collegamenti: bullonati

Collegamento


Collegamento

Unione

Unione

Unione

UnioneIl nodo o il giunto possono esserevisti come dei sistemi strutturali ottenutidalla composizione di uno o picollegamenti a sua volta compostida unioni elementari

Nodo o giunto

CollegamentoUnione

Nodi Giunti

Saldati

Bullonati



NodoNodoNodoNodo ColonnaColonnaColonnaColonna----TraveTraveTraveTrave

Nodi con angolari o squadrette

Sistema

Esempi

Tipi

Squadretta

Nodo std



Esempi di collegamenti bullonati

Esempi di collegamenti bullonatiNodoNodoNodoNodo ColonnaColonnaColonnaColonna----TraveTraveTraveTrave

Nodiflangiati

Sistema

EsempiTipi

Con irrigidimento

Senzairrigidimento

Flangia



Esempi di collegamenti bullonatiNodoNodoNodoNodo TraveTraveTraveTrave----TraveTraveTraveTrave

Con traveinterrotta

Sistema

EsempiTipi



Esempi di collegamenti bullonatiNodoNodoNodoNodo TraveTraveTraveTrave----TraveTraveTraveTrave

Con travecontinua

Sistema

EsempiTipi



Esempi di collegamenti bullonatiNodoNodoNodoNodo ColonnaColonnaColonnaColonna----FondazioneFondazioneFondazioneFondazione

Sistema

EsempiTipi

Senza irrigidimentodella piastra di base

Articolazioni

Con irrigidimentodella piastra di base

Tirafondo



Esempi di collegamenti bullonatiAncoraggiAncoraggiAncoraggiAncoraggi e e e e NodiNodiNodiNodi tubolaritubolaritubolaritubolari Esempi

Tipi



Esempi di collegamenti bullonatiNodoNodoNodoNodo di di di di controventaturecontroventaturecontroventaturecontroventature

Sistema

EsempiTipi

Controventiverticali

Concentrico

Eccentrico



Esempi di collegamenti bullonatiNodoNodoNodoNodo di di di di controventaturecontroventaturecontroventaturecontroventature

Sistema

EsempiTipi

Controventiorizzontali



Le unioni: aspetti tipologici e tecnologiciGeneralitClassificazioneUnioni con organi meccaniciUnioni saldateEsempi di collegamenti: saldatiDettagli costruttivi e durabilit



Esempi di collegamenti: saldati

Collegamento


Collegamento

Unione

Unione

Unione

UnioneIl nodo o il giunto possono esserevisti come dei sistemi strutturali ottenutidalla composizione di uno o picollegamenti a sua volta compostida unioni elementari

Nodo o giunto

CollegamentoUnione

Nodi Giunti

Saldati

Bullonati



Esempi di collegamenti saldati

N.B. Per favorire la rottura della traverispetto alla colonna (criterio di gerarchiadelle resistenze) si preferisce in zonasismica:1. Irrobustire la colonna (irrigidimenti)2. Indebolire la trave (dog bone)

NodoNodoNodoNodo ColonnaColonnaColonnaColonna----TraveTraveTraveTrave

Nodo con irrigidimentidel pannellodanima

Nodo senzairrigidimenti

Sistema

Tipi

Esempi

21






Dettagli costruttivi e durabilit

Per migliorare la

durabilit delle strutture

in acciaio occorre

concepire

accuratamente i dettagli

costruttivi

Dettaglionon

buono

Dettagliobuono

Galleria Umberto I, NapoliF. P. Boube, 1885



Dettagli costruttivi e durabilitProblemi di corrosione da contatto Realizzazione delle saldature



Dettagli costruttivi e durabilitProfili composti Distanza minima di manutenzione



Dettagli costruttivi e durabilitAccorgimenti per evitare accumulo di

acqua e sostanze aggressiveAccorgimenti per evitare accumulo di

acqua e sostanze aggressive

Tubolari

N.B. Spesso gli accorgimentimigliori per la durabilit non sonoquelli ottimali dal punto di vista strutturale



INDICE

Le unioni: aspetti tipologici e tecnologiciCalcolo e verifica unioni bullonateCalcolo e verifica unioni bullonateCalcolo e verifica unioni saldate


49




Unioni bullonateTipi di organi meccanici e loro caratteristiche meccanicheRequisiti normativi e categorie di unioneModelli di resistenza alle T.A. e S.L. (capacit)

Unioni a TaglioUnioni a TrazioneUnioni a Taglio-Trazione

Valutazione delle sollecitazioni negli organi (domanda)





Classificazione






Nodi

Giunti

Completo ripristino

Parziale ripristino

Senzaripristino


Con saldatura

Colonna- Trave


fondazione

TraveColonna

Bulloni

Rivetti




M

Laser Beam

Welded region

Keyhole

Laser Beam

Welded region

Keyhole

ArcoLaser



Tipologie di organi

meccanici

Unioni bullonate: Generalit

Per carpenteria leggera (*) Rivetti (d < 8 mm) Viti autofilettanti Clincatura

Tassellimeccanici

Tasselli chimici

Ancoraggi Tasselli chimici Tasselli meccanici

ChiodiBulloni

Rivetti

Viti

Clincatura

Per carpenteria pesante Bulloni (d[1230mm]) Chiodi (d 8 mm)

NSd FSd

VSd

N.B. I bulloni ed i chiodi sono dispositivi che, grazie alla loro morfologia dotata di due teste di estremit, sono capaci di trasmettere sia sollecitazioni semplici di trazione e taglio che sollecitazioni composte



Tipi di organi meccanici: propriet geometriche bulloni

LB

dn

dn

d

As

A

ds

2mn

s

ddd +=

s

doveM=d il diametro nominale o lordo del bullonedn il diametro del nocciolodm il diametro medio tra d e dnds il diametro resistenteA larea lorda del bulloneAs larea resistente (trazione)

N.B.

A rigore dn e dm sono funzione del passo s della filettatura In modo approssimato si pu considerare: As = [0.75 0.82]A

Sezionex-x

X X

M=d

Carpenteria leggera

M - d(mm)

4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 27 30

As(mm2) 8,8 20,1 36,6 58 84,3 115 157 192 245 303 353 459 561

Principali parametri geometrici

Carpenteria pesante

Vite



Tipi di organi meccanici: propriet geometriche chiodiParametrigeometrici

D 1.6 d

d

s

LR =

0.82

d

a) Testa tondae stretta

b) Testa svasatacon calotta

c) Testa svasatapiana

Tipi di chiodi

Esempio di unioni chiodate (da Breymann)N.B.

Il diametro d e la lunghezza del gambo L sonodefinite sulla base dello spessore totale del pacchetto di lamiere (s)

L = 1,1s + 1,3d

d s



Requisiti normativi e categorie di unionePosizione dei foriLavorazioni delle parti a contattoCategorie di connessioni bullonate e campi di applicazione



Requisiti normativi : Posizioni fori ed organi di collegamentoFori allineati

Fila esterna Fila

interna

e2

p2

p1e1

Direzione di sollecitazione

p1,0Fori sfalsati in giunti tesi

Fori

ovalizzati

d0

e4

e3

p1,1

d0

p2

p2

e2

0.5 d0

dt

p

a1

a

Simbologia adottata nellaCNR 10011

t1

Parametri di posizione

L

Al fine di realizzare collegamenti bullonati o chiodati che abbiano un corretto funzionamento strutturale ed una buona durabilit occorre rispettare alcune limitazioni normative per quanto riguarda la configurazione ed il posizionamento degli organi di collegamento sulle piastre da giuntare

Eurocodice 3EN 1993-1-8

CNR 10011



Requisiti normativi : Posizioni fori ed organi

Limiti

Min: corretta installazione degli organi meccanici e ad impedire un eccessivo indebolimento della lamieraMax: imbozzamenti locali che possono causare corrosione, garantire uniforme ripartizione delle sollecitazioni ai bulloni .


Parametri Minimi

Massimi

Acciai conformi alle EN 10025-1-2-3-4 Acciai conformi alla EN 10025-5

Acciai esposti a cause di corrosione Acciai non esposti a cause di corrosione Acciai posti in opera non protetti

e1 1,2 d0 4 t + 40 mm - max {8 t ; 125 mm}e2 1,2 d0 4 t + 40 mm - max {8 t ; 125 mm}e3 1,5 d0 - - -

e4 1,5 d0 - - -

p1 2,2 d0 min {14 t ; 200 mm} min {14 t ; 200 mm} min {14tmin ; 175 mm}p1,0 - min {14 t ; 200 mm} - -p1,i - min {28 t ; 400 mm} - -p2 2,4 d0 min {14 t ; 200 mm} min {14 t ; 200 mm} min {14tmin ; 175 mm}

)mm;tmin(ed 4042 0 )mm;tmin(pd 200143 0 Valori consigliati



Requisiti normativi : Tolleranze


DM LL. PP.14/01/2008

d0

d

d0 - d

EN 1993-1-8 DM LL. PP. 14/01/2008

Diametro Tolleranza Diametro Tolleranza

M12 M14 1 mm M12 M20 1 mm

M16 M24 2 mm > M20 1.5 mm

> M24 3 mm

Punzonatura per spessori fino a 10 mm Trapanatura per spessori anche superiori

Tecniche di Foratura

Tolleranze gambo-foro



Requisiti normativi e categorie di unionePosizione dei foriLavorazioni delle parti a contattoCategorie di connessioni bullonate e campi di applicazione



Requisiti normativi : Lavorazioni parti a contatto

Tipo di lavorazione


Classe delle superfici di attrito LavorazioneCoefficiente di

attrito

(EN 1993-1-8)

Coefficiente di attrito

(DM 14/01/2008)A Superfici sabbiate 0,5 0.45

B Superfici sabbiate e zincate 0,4

0.30C Superfici pulite con spazzola 0,3D Superfici non trattate 0,2

DM LL. PP.14/01/2008

Le superfici ed i bordi delle lamiere da collegare dovranno essere prive di difetti e lavorate superficialmente se si vuole sfruttare lattrito tra le parti per limitare gli scorrimenti

Sabbiatura

Pulitura con spazzola



Requisiti normativi e categorie di unionePosizione dei foriLavorazioni delle parti a contattoCategorie di connessioni bullonate e campi di applicazioni



Requisiti normativi : Classi unioni bullonate (EC3)


Tipo Unione Categoria Osservazioni

Taglio

Atipo portante

Non richiesto precarico.

Possono essere usati bulloni di classe da 4.6

a 10.9

BResistente allo scorrimento in

condizioni di servizio

Devono essere usati bulloni precaricati 8.8 o

10.9.

CResistente allo scorrimento in

condizioni ultime


10.9.

Trazione

Dnon-precaricato

Non richiesto precarico.

Possono essere usati bulloni di classe da 4.6

a 10.9

Eprecaricato


10.9.

FVEd/2FVEd/2

FV,Ed

FtEd/2

FtEd/2

FtEd/2

FtEd/2

Ai fini della valutazione della capacit portante lEurocodice 3 classifica le connessioni bullonate in cinque diverse categorie prestazionali, differenziate a secondo del tipo di sollecitazione a cui assoggettato lorgano meccanico



Requisiti normativi : Coefficienti di sicurezza parziali

Tipologia prestazionaleCoefficiente di

sicurezza parziale

Valori raccomandati(EN 1993-1-8)

Valori raccomandati

(DM 14/01/2008)

Resistenza dei bulloni

M2 1,25 1,25Resistenza dei chiodi, rivetti e viti

Resistenza del perno

Resistenza delle piastre inflesse e/o a contatto

Resistenza allo scorrimento- allo stato limite ultimo (Categoria C)- allo stato limite di servizio (Categoria B)

M3M3,ser

1,251,10

1.251.10

Resistenza a flessione di un bullone iniettato (tasselli chimici) M4 1,00

-

Resistenza di un giunto di una trave a traliccio a sezione cava M5 1,00

-

Resistenza del perno allo stato limite di servizio M6,ser 1,00 1,00Precarico o Serraggio di bulloni ad alta resistenza M7 1,10 1,10

M

kd

RR

=

Coefficientidi sicurezzaparziali

agliSL



Modelli di resistenza alle T.A. e S.L. (capacit)Unioni a Taglio:

- Comportamento- Meccanismi di collasso- Modelli di capacit

Unioni a TrazioneUnioni a Taglio-Trazione



Unioni a Taglio: Comportamento

L

FV/2

FV/2A

FVB

B

Piani di taglioFpC

FpC

Prova a Taglio

(Lap shear test)

FV

LI Fase

II Fase

III Fase

IV FaseFV,u

Fs,R

I FaseAttrito

II FaseSorrimento gioco

foro bullone

III FaseFase elastica

IV FaseFase plastica e

rottura

Comportamento a rottura

Unione a taglio

Tipi di rottura ?

FpC=0



Modelli di resistenza alle T.A e SL (capacit)Unioni a Taglio:





Unioni a Taglio: Meccanismi di collassoProva a Taglio

(Lap shear Test)

a) Rottura per taglio del bullone o chiodo

b) Rottura per rifollamentodella lamiera

c) Rottura per taglio dellalamiera

d) Rottura per trazione dellalamiera nellasezione netta

Meccanismi

N.B. Meccanismo evitato dalrispetto delle distanze dai margini

e1 ed e2 (vedi EN 1993-1-8)



Modelli di resistenza alle T.A e SL (capacit)Unioni a Taglio:





Unioni a Taglio: Tipi di controlliVerifiche delle unioni a taglio

Categoria Tipi di controlli Simbologia

A Portanti

Caratteristiche: si usano bulloni dalla classe 4.6 alla classe 10.9. Non ci sono presollecitazioni o accorgimenti

Criteri di progetto:- Fv,Ed Fv,Rd- Fv,Ed Fb,Rd

Fv,Ed: Taglio di progetto allo SLU sollecitante un bulloneFv,Ed,ser: Taglio di progetto allo SLE sollecitante un bullone

Fv,Rd: Resistenza di taglio del bullone

Fb,Rd: Resistenza al rifollamento

Fs,Rd: Resistenza allo scorrimento allo stato limite ultimo di un singolo bullone

Fs,Rd,ser: Resistenza allo scorrimento allo SLE di un bullone

Nnet,Rd: Resistenza plastica della sezione netta di una membratura a sforzo normale

BResistenti

allo scorrimento

allo SLE

Caratteristiche: bulloni presollecitati 8.8 o 10.9

Criteri di progetto:- Fv,Ed,ser Fs,Rd,ser- Fv,Ed Fv,Rd- Fv,Ed Fb,Rd

CResistenti

allo scorrimento

allo SLU

Caratteristiche: bulloni presollecitati 8.8 e 10.9

Criteri di progetto:- Fv,Ed Fs,Rd- Fv,Ed Fb,Rd- Fv,Ed Nnet,RdFVSd/2FVSd/2

FVSd

dd RS

EN 1993-1-8

Controllo SLU



Unioni a Taglio: Resistenza di taglio del bullone

EN 1993-1-8

Controllo SLU

DM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

2M

subvRd,v

nAfF

=

2

060M

sur

Rd,vnAf,

F

=

dove:fub ed fur sono rispettivamente la resistenza ultima a trazione del bullone e del chiodo; A larea (lorda o resistente) del bullone A0 larea del singolo foro;v un coefficiente che dipende dalla classe di resistenza del bullone e dalla posizione dei piani di taglions numero di piani di scorrimento

Bulloni

Chiodi

Posizione dei piani di taglio Classe dei bulloniCoefficiente

v

Piani di taglio passanti per la porzione filettata del gambo

della vite

4.6 0,6

5.6 0,6

6.8 0,5

8.8 0,6

10.9 0,5Piani di taglio passanti per la

porzione non filettata del gambo della vite

Tutte le classi 0,6

N.B.N.B.N.B.N.B. La funzione del coefficiente v quella di trasformare la resistenza a trazione dellorgano fub o furin una equivalente resistenza a taglio. Secondo Von Mises 0.57 ovvero 1/3

adm,ds

Vb An

F

=

Fvb

Resistenza a taglioFV,Rd

ns




EN 1993-1-8

Controllo SLU

Progetto unione a taglio

1. Scelta della classe del bullone ovvero fub

2. Scelta del diametro del bullone (Mxx)

Rd,v

Sdb F

Nn =

Mxx: d t spessore min lamiere congiunte

Resistenza a taglio dellorgano dellunioneelementare (1 bullone)

N.B. Per ridurreil numero di bulloni occorreaumentare ildiametrodellorgano piche agire sullasua classepoich in questomodo cresce siala resistenza a taglio che a rifollamento

HP Il collasso governato dallaresistenza a taglio

Esempio

N.B. Il collegamento progettato deve essere comunque verificato al fine di scongiurare il pericolo di altri meccanismi di collasso (rifollamento e trazione lamiera)

NSd=268 kN Fd,SLU)(sen

FN SLU,dSd

=

Bulloni M16 classe 8.8

F v.Rd v f ubA res n s

103 M2:= =115 kN 3=

Rd,v

Sdb F

Nn

Pensilina, Centro IKEA, Afragola (Na)

Unioni simmetrichemin (t1; 2t2)

Unioni asimmetrichemin (t1; t2)

NSd /2

NSd

NSd /2t1

t2 t2

NSd

NSd

t1

t1





A Portanti








Nnet,Rd: Resistenza plastica della sezione netta di una membratura alla forza normale

BResistenti

allo scorrimento

allo SLE



CResistenti

allo scorrimento

allo SLU



FVSd

dd RS

EN 1993-1-8

Controllo SLU



FVEd/2FVEd/2

FVEd

Dove: fu la resistenza ultima delle lamiere collegate;d il diametro nominale del bullone;d0 il diametro del foro;t il minore fra gli spessori collegati per unioni asimmetriche e il min tra t1 e 2t2per unioni simmetriche;k1 coefficiente di rifollamento il cui valore non pu eccedere 2.5;b un coefficiente correttivo, valutato come il min {d, fub/fu, 1}.

Unioni a Taglio: Resistenza al rifollamento

EN 1993-1-8

Controllo SLU

DM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

admV

rif dtF

=

d

2

1,

M

ubRdb

tdfkF

=

2

0,

5,2M

ubRdb

tdfF

=

File esterne di bulloni: Distanze valutate

perpendico_larmente

alla direzione della forza

(e2 e p2)

File interne di bulloniCoefficiente di rifollamento k1

= 7182520

21 .d

e.;.mink

= 7141520

21 .d

p.;.mink

Coefficiente di rifollamento 2.5

Distanze valutate

parallelame_nte alla

direzione della forza

(e1 e p1)

Bulloni interniBulloni esterni

0

1

3 de

d

=41

3 01

=

dp

d

Coefficiente d

Resistenza a rifollamento Fb,Rd

Bulloni

Chiodi

Tensionidiametrali

max

eq

FVSd

eq

Sollecitazione globale di taglio nel bullone

t2

t1

t2



FVEd/2FVEd/2

FVEd

Unioni a Taglio: Resistenza al rifollamento

EN 1993-1-8

Controllo SLU

Il significato fisico del coeff. di rifollamento

FVSd

eq

il coefficiente di rifollamento k1 amplifica la resistenza ultima (k1>1) poich tiene conto delleffettivo fenomeno di plasticizzazione, che non riguarda soltanto larea di contatto valutata convenzionalmente attraverso la sua proiezione diametrale (dt), ma che interessa, a seguito della diffusione dei flussi tensionali, una zona pi vasta della lamiera.

Esempio

Tensionidiametrali

max

eq

FVSd

520

1 .dpfk

=

N.B. Il coefficiente di rifollamento per gli organi meccanici da carpenteria leggera indicato dallaEN 1993-1-3 con (), stesso simbolo adottato dalla CNR UNI 10011

( ) 12.dtf =Bulloni Rivetti e viti

Bulloni M16 classe 8.8Spessore lamiera t=2t1=14 mm (anima 2UPN 120)Acciaio lamiera S275

Pensilina, Centro IKEA, Afragola (Na) t1

t2 t2

p 1=

60 m

me 1

=45

b min d1 d2,f ubf u

, 1,

:= b =0.88 k1 =2.5

F b.Rd k 1 b f u dt

M2 103

:= =170 kN

N.B. Per unioni asimmetrichela resistenza a rifollamento ridotta del 25%





A Portanti








Nnet,Rd: Resistenza plastica della sezione netta di una membratura alla forza normale

BResistenti

allo scorrimento

allo SLE



CResistenti

allo scorrimento

allo SLU



FVSd

dd RS

EN 1993-1-8

Controllo SLU



dove:ks il coefficiente di forma del foro;ns il numero di superfici di attrito o scorrimento; il fattore di scorrimento;Fp,C la forza di serraggio.


EN 1993-1-8

Controllo SLU

DM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

Resistenza allo scorrimento per attrito Fs,Rd

C,pM

ssRd,s F

nkF = 3

Tipo di foratura ks

Bulloni in fori normali. 1,0

Bulloni in fori sovradimensionati o in fori asolati corti con lasse dellasola perpendicolare alla direzione di trasferimento del carico.

0,85

Bulloni in fori asolati lunghi con lasse dellasola perpendicolare alla direzione di trasferimento del carico. 0,70

Bulloni in fori asolati corti con lasse dellasola parallela alla direzione di trasferimento del carico. 0,76

Bulloni in fori asolati lunghi con lasse dellasola parallela alla direzione di trasferimento del carico. 0,63

C,pf

s,f F

nV =

0

ns

FVEd

FVEd

Fp,C

Coefficiente di sicurezza pari a 1.25

ser,M

ser,Ed,tC,psser.Rd,s

)F,F(nkF

3

80

=

Taglio puro

Taglio e trazione (ad es. Cat . B)

SubC,p Af.F = 700

dove:Ft,Ed la sollecitazione di trazione nel bullone;



Modelli di resistenza alle T.A e SL (capacit)Unioni a TaglioUnioni a Trazione

- Comportamento e meccanismi - Modelli di capacit

Unioni a Taglio-Trazione



Unioni a Trazione: Comportamento e meccanismiProva a Trazione

I Fase Lamiere a contatto

Ripartizione sforzo

II Fase Distacco

Sforzo assorbito dalsolo bullone sino a

rottura

Comportamento a rottura

Meccanismi di collasso

Ft,Ed

L

Ft,u

Fp,C

Lp,C

Fp,C=0

Fp,C

FpDistacco piastre

I Fase

II Fase

Q

Ft,Ed/2+Q

Ft,Ed

Q

Ft,Ed/2+Q

Prova semplice di trazione

T stub

FtEd/2

FtEd/2

FtEd/2

FtEd/2

FPc

FPc

a) Rottura per trazione del gambo

b) Rottura per punzonamentodella lamiera in corrispondenzadella testa

L

FpC

FpC



Modelli di resistenza alle T.A e SL (capacit)Unioni a Taglio: Unioni a Trazione

- Comportamento e meccanismi - Modelli di capacit

Unioni a Taglio-Trazione



Unioni a Trazione: Tipi di controlli

dd RS

EN 1993-1-8

Controllo SLU

FtSd/2

FtSd/2

FtSd/2

FtSd/2FPc

FPc

Verifiche delle unioni a trazione


DNon

presollecitati

Caratteristiche: si usano bulloni dalla classe 4.6 alla 10.9; la cat.D non va usata se le connessioni sono soggette a variazioni di trazione; si possono usare per resistere alle azioni di vento normale.

Criteri di progetto:

- Ft,Ed < Ft,Rd- Ft,Ed < Bp,Rd

Ft,Ed: Trazione di progetto di un bulloneFt,Rd: Resistenza di progetto a trazione del gambo del bulloneBp,Rd: Resistenza al punzonamento in corrispondenza della testa del bullone e/o del dado

EPresollecitati

Caratteristiche: si usano bulloni di classe 8.8 e 10.9 con serraggio controllato.

Criteri di progetto:

- Ft,Ed < Ft,Rd- Ft,Ed < Bp,Rd



dove:fub ed fur sono rispettivamente la resistenza ultima a trazione del bullone e del chiodo; As larea ridotta del bullone;A0 larea del singolo foro;k2 un coefficiente che dipende dal livello di serraggio

Unioni a Trazione: Resistenza di trazione del bullone

EN 1993-1-8

Controllo SLU

DM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

Bulloni

Chiodi

adm,dres

tNb A

F =

Resistenza a trazioneFt,Rd

2

2

M

subRd,t

AfkF

=

2

090M

urRd,t

Af,F

=

Resistenza a punzonamentoFt,Rd

upmRd,p ftd.B = pi6000.63 nei bulloni presollecitati0,9 negli altri casi.

Ft b

Coefficiente di sicurezza pari a 1.25L

FpC

FpC

dove:dm diametro medio della testa del bullone o del dado (il minore fra i due) e la vite;tp lo spessore della piastra sotto il bullone o il dado;fu la resistenza ultima a trazione della lamiera.



Modelli di resistenza alle T.A e SL (capacit)Unioni a TaglioUnioni a TrazioneUnioni a Taglio-Trazione



Unioni a Taglio e Trazione

EN 1993-1-8

Controllo SLU

DM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

InterazioneFv,Ed - Ft,Ed

b

bFv,Ed

Ft,Ed

Fv,Ed

Ft,Ed

141

+Rd,t

Ed,t

Rd,v

Ed,v

F,F

FF

dove:Fv,Ed forza di taglio di progetto assorbita dal

singolo bullone allo stato limite ultimo (per piano di taglio)

Fv,Rd resistenza a taglio del singolo bulloneFt,Ed forza di trazione di progetto assorbita dal

singolo bullone allo stato limite ultimoFt,Rd resistenza a trazione del singolo bullone

Fv,Rd

Fv

1,4 Ft,Rd

Ft

d,adm

d,adm

122

+

adm,d

b

adm,d

b

Fv,Ed

Ft,Ed

Come determinarelo stato di

sollecitazione nellasingola unione

elementare?




Valutazione degli sforzi di taglio Valutazione degli sforzi di trazione



Valutazione degli sforzi di taglio

Fv,Ed

FEd

1. lamiere infinitamente rigide e bulloni perfettamente deformabili

2. Bulloni a comportamento elastico lineare

3. Bulloni dotati di sola rigidezza tagliante (kv=(GA)/ (h)), proporzionale allarea del singolo organo

4. Si trascura lattrito tra le piastre

Fv,EdL

HP

FEd

G

VEd

Componente tagliante (VEd) suddivisa in parti uguali (FVi) agenti sui bulloni con la stessa direzione

TEd=FEdL

FVi

FTi

N.B. G il baricentro delle rigidezze taglianti della bullonatura che, nelleipotesi di bulloni di uguale diametro, coincide con il baricentro geometricodella bullonatura

di

Momento torcente (TEd) suddiviso in forze agenti sui bulloni (FT,i) in direzione ortogonale al segmento che unisce il bullone al baricentro e di entit proporzionale a questa distanza






Fv,Ed

FEdFv,Ed

LFEd

G

VEd

TEd

FVi

FTidi

b

Sdi,V

n

VF =

=

=bn

jj

iEdiT

d

dTF

1

2,

( ) 22 i,Txi,Tyi,VEd,v FFFF ++=

1) Calcolo della comp tagliante

2) Calcolo della comp. torcente

( )=

+

=bn

jjyjx

iyEdiTx

dd

dTF

1

2,

2,

,

,

( )=

+

=bn

jjyjx

ixEdiTy

dd

dTF

1

2,

2,

,

,

3) Calcolo della sol. risultante unione elementare

Stepx

y

FTx,i

FTy,i FT,iFV,ii,Ti,VEd,v FFF

rrr+=

FV,iFT,i

Nel caso in esame Fv,Eddove:nb il numero di bulloni del collegamento

Eq. alla traslazionerispetto ad y

Eq. alla rotazione intorno a G

Somma vettoriale


Fv,Ed

FEd

1. lamiere infinitamente rigide e bulloni perfettamente deformabili

2. Bulloni a comportamento elastico lineare

3. Bulloni dotati di sola rigidezza tagliante (kv=(GA)/ (h)), proporzionale allarea del singolo organo

4. Si trascura lattrito tra le piastre

Fv,EdL

HP

FEd

G

VEd

TEd

FVi

FTidi

Distribuzione di FV,Ed

Fv,Ed

Lj Lj

L j

Fv,Ed medio

Fv,Ed effet

d200d15- L j

Lf

= 1

Coefficiente di riduzione della resistenza




Valutazione degli sforzi di taglio Valutazione degli sforzi di trazione



Valutazione degli sforzi di trazione

Ft,Ed

1. Principio di conservazione della sezione piane

2. Materiale (bulloni e piastre) elastico lineare

3. Trazioni assorbite solo dai bulloni in zona tesa (distacco piastra)

4. Compressione assorbita dalla sola piastra

HP

Ft,i

yi

FEd

MEd=FEdLLLLL

Zon

ate

sa

Zon

ac

om

pre

s

xc

max

Eq. Traslazione

asse piastra

2) Calcolo sollecitazioniStep

Eq. Rotazione asse neutro (Navier)

1) Ricerca xc

TC =

C

T

( ) ( )=

=

bn

iciic xyAxB

1

2221

Sn=0

xc=. H/6Eq 2 grado

B

Hc

x

Edmax xI

M= ibiEd,t

AF = Controllo piastra e bullone Controllo bullone

N.B. Il calcolo delle pressioni di contatto tra piastra di base e fondazione si esegue con gli stessi modelli utilizzati per la statica del c.a. per gli elementi presso inflessi segondo una teoria lineare

N.B. Il calcolo sollecitazioni di taglio FV,Ed si effettua in base a quanto visto in precedenza

FV,i



INDICE

Le unioni: aspetti tipologici e tecnologiciCalcolo e verifica unioni bullonateCalcolo e verifica unioni saldateCalcolo e verifica unioni saldate


90




Unioni saldate

Tipi di saldatureRequisiti normativi La resistenza delle saldature a completa penetrazioneLa resistenza delle saldature a cordoni dangolo





Calcolo unioni saldate: Generalit



rispetto alle membrature congiunte

Al tipo di elementi collegati

Alla tecnologia dunione adottata

Nodi

Giunti

Completo ripristino

Parziale ripristino

Senzaripristino


Con saldatura

Colonna- Trave


fondazione

TraveColonna

Bulloni

Rivetti




M

Laser Beam

Welded region

Keyhole

Laser Beam

Welded region

Keyhole

ArcoLaser



Tipologiedi

Saldatura

I.5.1 Unioni saldate: tipologie

Processo(*)




Forma del cordone

Dangolo


Con elettrodo


Laser

Testa a testa


T


Strutture ordinarie







Requisiti normativi



Requisiti normativi: saldature a completa penetrazione

mmttw 4

N.B.N.B.N.B.N.B.Nelle saldature a Parziale Penetrazione tw< t

EN 1993-1-8

DM LL.PP. 9/1/1996

CNR UNI 10011

t = min (t1; t2)

Saldatura di testa con cianfrino a X

tw

tw

t2t1

t1t2

Classe ISaldature eseguite con elettrodi di qualit 3 o 4 secondo la norma UNI 2132 e soddisfano controlli radiografici previsti dal raggruppamento B della UNI 7278

Classe IISaldature eseguite con elettrodi di qualit 2, 3 o 4 secondo la norma UNI 2132 e soddisfano controlli radiografici previsti dal raggruppamento F della UNI 7278

N.B.N.B.N.B.N.B.NellEurocodice non viene fattadistizione tra saldature di prima e seconda classe, sebbene ilNAD del DM 1996 prescrivevadei Mw diversi nei due casi(1.05 per la I Classe e 1.20 per la II Classe)

Saldatura di testa con cianfrino a Y

Limiti geometrici



E0.75E con (MPa =-

m

=

= ww

m

L.L)LL

=

AELNL

180102700 2

Cordone Concavo

Requisiti normativi: saldatura a cordone dangolo

( )ww a;mmminL 630mmaw 3

Cordone triangolare

Cordone convesso

aw

Sezione di gola

EN 1993-1-8

DM LL.PP. 9/1/1996

CNR UNI 10011

LW=leff

Aw=Lw aw

Geometria cordone maxmin

Lw

Saldature a tratti

L1 Lw

( )t;mmminL 162001

Limiti geometrici

60120

Nessunaparticolare

prescrizione

LLLw

L

Tensioniresidue

= fyper Lw=L/100

Eq. di congruenza



La resistenza delle saldature a completa penetrazione



t1 t2

La resistenza delle saldature a completa penetrazione

EN 1993-1-8

Controllo SLU

DM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

NRd

VRd

//

//

NEdw

N.B.N.B.N.B.N.B. Il giunto a completapenetrazione ripristina la resistenza della parte pi sottilecongiunta

( )RdRdRdmin,dRd,w V;N;MRF =

MRd

La resistenza della saldatura pari a quella della lamiera pidebole, ovvero pi sottile se siadotta lo stesso materiale

adm////id ++= 222 3

La resistenza della saldatura valutata attraverso il Criterio di Hencky Von Mises

dove: e // sono la tensione normale perpendicolare e parallela alla sezione longitudinale della saldatura;

=1 per saldature di I Classe=0.85 per saldature di II Classe



La resistenza delle saldature a cordone dangoloMeccanismo di trasferimento sollecitazioni

Comportamento sperimentale e domini di resistenzaModelli di resistenza dellEC3Modelli di resistenza della CNR UNI 10011 e DM 1996



NEd

NEd /2

NEd /2

La resistenza delle saldature a cordone dangolo: meccanismo di trasferimento

Aw=Lw aw

//

nt

t//

w

Meccanismo di trasferimento

Stato tensionale nella sezione di gola

Stato tensionale nella sezione di gola

ribaltata su uno dei lati

w

Ed

A

N22

2

==

w

Ed

A

N

n

=2Nel caso di cordone

frontale(con asse allasollecitazione agenteNEd)

N.B.N.B.N.B.N.B. Per semplificare il calcolodelle tensioni nella saldatura, nellapratica professionale si fariferimento alla sezione ribaltata

N.B.N.B.N.B.N.B. I pedici e // definiscono le componenti di tensione rispettoallasse del cordone







Equazioni dellellissoide di

rottura

La resistenza delle saldature a cordone dangolo: comportamento sperimentale

VVVV1111

Provetta Vandeperreper ottenere il punto VVVV1111

VVVV2222

Provetta Vandeperreper ottenere il punto VVVV2222

500

-500

IIIIIIII

IIII

Provetta di Van Der Eb

-300 300

PeroideDatisperimentali

Ellissoide

( ) ( ) 10.750.75 22//

2

2

2

2

=

+

+

wuwuwu fff

Verifica di resistenza con lellissoide ISO

( ) di 222 81 //. ++= Posto 1/0,752 = 1.8

( ) w

di uwd

//w ffk =++=

222

dove il coefficiente di efficienza del cordone w 1, tiene conto della diversa resistenza del materiale di apporto della saldatura, che risulta generalmente superiore a quella del materiale base







La resistenza delle saldature a cordone dangolo: modelli di resistenza dellEC3

EN 1993-1-8

Controllo SLU

//

Metodo direzionale(Controllo locale)

Metodo semplificato(Controllo globale)

Dominio a sfera

Valuta la sicurezza in termini tensionali(id) nella sezione di gola utilizzando un dominio sferico

Valuta la sicurezza in termini di resistenza a taglio del cordone per unit di lunghezza (Fw,Rd) a prescindere dal suo orientamento

Fw,Ed

Lw=1

Risultante delle forze agenti sul cordone per unit di lunghezza[F L-1]

Stato tensionalenella sezione di gola[F L2] o nella sezione ribaltata.

doveM2=1.25

//

Tipo di Acciaio Coeff. wS235 0,80

S275 0,85

S355 0,90

S420 e S460 1



w

M

u aFF

= 3

f

2wRdw,Edw,

3f

2wdvw,

M

uf =

( ) f 3 dvw,

2//

22di ++=





La resistenza delle saldature a cordone dangolo: modelli di resistenza della norma italiana

+

++

admw

admw//

.tn

.ttn

2580700222

Dominio a sfera mozza

Valuta la sicurezza in termini tensionali, valutando lo stato di sollecitazione sulla sezione di gola ribaltata su una delle facce delle lamiere connesse e controllando che sia contenuto nel dominio detto della sfera mozzaDM LL.PP. 9/1/1996

Controllo T.A.

CNR UNI 10011

adm= 70,r

0,58 adm

0,58

adm

nt

t//

Tipo di Acciaio Coeff. wS235 1.23

S275 1.00

S355 1.00

S420 e S460 -

//



INDICE


Il comportamento dei collegamentiIl comportamento dei collegamenti

107




108


Il ruolo dei collegamenti nei telai sismo-resistentiClassificazione dei telaiClassificazione dei collegamenti

ing. A. Formisano



109ing. A. Formisano



Strutture acciaio zona sismica elevate caratteristiche resistenza e duttilit

(materiali ed elementi)Strutture dissipative: snervamento alcune zone delle membrature

(dissipazione energia mediante cicli isteretici)

Telai a nodi rigidi: elevato numero zone dissipative (vicino collegamenti trave-colonna) che dissipano energia mediante comportamento flessionale ciclico

DuttilitDuttilit telai comportamento dei collegamentitelai comportamento dei collegamenti

IL RUOLO DEI COLLEGAMENTI NEI TELAI SISMOIL RUOLO DEI COLLEGAMENTI NEI TELAI SISMO--RESISTENTIRESISTENTI









Telai acciaio (EC3)

Controventati Non controventati

Un sistema molto rigido di controventi impiegato per sopportare la totalit delle

azioni orizzontali

Il telaio non dotato di sistema di elementi

controventanti

CLASSIFICAZIONE DEI TELAICLASSIFICAZIONE DEI TELAI




Telai acciaio (EC3)

A nodi fissi A nodi spostabili

La rigidezza laterale nel piano del telaio sufficientemente grande

da trascurare gli effetti delsecondo ordine

(moltiplicatore carico critico > 10)

Il telaio (controventato o non) sensibile agli effetti del secondo

ordine (moltiplicatore carico critico < 10)





Telai acciaio

Con collegamenti rigidi Con collegamenti cerniera

Le estremit delle membrature che convergono

nel collegamento sono soggette alle stesse rotazioni

e spostamenti (comportamento rigido e monolitico collegamento)

I collegamenti consentono le rotazioni

e risultano quindi incapaci di trasmettere

momenti


I collegamenti I collegamenti reali si reali si

comportano in comportano in maniera maniera

intermedia intermedia (SEMI(SEMI--RIGIDI)RIGIDI)




Telai acciaio con collegamenti semi-rigidi

Il progetto della struttura basato sul diagramma forza-spostamento (momento-rotazione se il comportamento flessionale predominante) dei collegamenti.


M- espresso in forma analitica.In zona sismica si impiega una relazione ciclica che tiene conto

degli effetti di degrado allaumentare del numero di

cicli.

Il comportamento del telaio influenzato dalle propriet strutturali di membrature e collegamenti (resistenza, rigidezza e capacit deformativa)









Telai acciaio a nodi rigidi

CLASSIFICAZIONE DEI COLLEGAMENTI IN FUNZIONE DELLA RIGIDEZZACLASSIFICAZIONE DEI COLLEGAMENTI IN FUNZIONE DELLA RIGIDEZZA

Collegamenti trave-colonna

Rigidi CernieraSemi-rigidi(comportamento non

linearequasi perfettamente

rigido)

(comportamento non lineare

flessibile)(comportamento non

lineareIntermedio)

Es: coll. saldato o con piastre estese di

estremit

Es: piatti sup. e inf.; T-stub; angolari sulle ali; coll. flangiati; ecc.

Es: doppia squadretta sullanima




1) Collegamenti incernierati:Collegamenti incernierati: trasferiscono taglio ed eventualmente sforzo normale dalla trave alla colonna. Inoltre consentono le rotazioni senza sviluppare momenti flettenti significativi, che potrebberocondizionare la resistenza delle colonne.

2) Collegamenti rigidi:Collegamenti rigidi: trasferiscono tutte le reazioni allestremit degli elementi collegati. Le loro deformazioni sono talmente piccole da poter trascurare la loro influenza sulla distribuzione dei momenti o sulla deformazione globale della struttura.

3) Collegamenti semiCollegamenti semi--rigidi:rigidi: sono progettati per fornire un certo grado di interazione far le membrature collegate basato sul diagramma momento-rotazione caratteristico del collegamento.





Telai con nodi semi-rigidi

Analisi elastica

(relazione linearemomento-rotazione del

collegamento)

Analisi rigido-plastica

(resistenza flessionale di progetto di collegamenti

aventi sufficiente capacitrotazionale)

Analisi elasto-plastica

(relazione non linearemomento-rotazione del

collegamento)





Progettazione elastica Progettazione elastica

Collegamenti semiCollegamenti semi--rigidi:rigidi: modellati con una molla rotazionale caratterizzata dalla costante elastica K. Generalmente i valori di K sono espressi in termini adimensionali come:

bEIKLK =

EIb / L = rigidezza flessionale della trave connessa





Progettazione in campo plastico (EC3) Progettazione in campo plastico (EC3) Collegamenti :Collegamenti : completo ripristino e parziale ripristino di resistenza

Caso B: se la capacit rotazionale limitata, deve essere richiesta unextra riserva di resistenza per tener conto di possibili effetti di sovra-resistenza nella membraturaCaso C: non ammissibile, perch la sua capac

Corso l'Aquila - Unioni e Collegamenti - Formisano

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