- Cenni di storia delle costruzioni metalliche (informativo)
- Elementi di concezione delle strutture metalliche
- Caratteristiche meccaniche e tecnologiche del materiale
- Verifica a fatica
- Verifiche di resistenza in campo plastico
- Torsione non uniforme
- Verifiche di stabilità di aste reali isolate e inserite in complessi strutturali
- Stabilità di lastre e metodo delle tensioni efficaci per profili sottili
- I collegamenti nelle strutture metalliche
- Strutture a funi (informativo)
LIBRI DI TESTO
- G. Ballio, F. M. Mazzolani, Strutture in Acciaio, terza edizione, Hoepli, 1988
- E. F. Radogna, Tecnica delle Costruzioni, Vol. 1: Fondamenti delle Costruzioni di Acciaio, Zanichelli, 1993
- C. Bernuzzi, Progetto e Verifica delle Strutture in Acciaio, seconda edizione, Hoepli, 2018
PRINCIPALI NORMATIVE
- Norme Tecniche per le Costruzioni, Decreto Ministeriale 17 gennaio 2018
- Circolare del Ministero delle Infrastrutture e dei Trasporti 21 gennaio 2019 n.7, Istruzioni per l’applicazione dell’Aggiornamento delle “Norme tecniche per le costruzioni” di cui al decreto ministeriale 17 gennaio 2018″
- Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture in acciaio
Obiettivi Formativi
Il corso si pone l'obiettivo di approfondire le conoscenze sul tema delle costruzioni metalliche acquisite nell'ambito del corso di Tecnica delle Costruzioni.
Alla fine del corso lo studente dovrà essere in grado di progettare una struttura in acciaio, partendo dalla concezione strutturale di questa, passando per le verifiche di resistenza e stabilità degli elementi portanti, fino ad arrivare alla definizione di dettaglio e al calcolo dei collegamenti, il tutto coerentemente con il modello di calcolo scelto.
Il corso vuole anche trasmettere le competenze per svolgere calcoli strutturali sia in campo elastico che in campo plastico, per effettuare verifiche a fatica e per tenere consapevolmente in conto nelle verifiche di stabilità i vari tipi di imperfezioni delle aste reali, nonché il fatto che tali elementi sono spesso inseriti in strutture più complesse.
Infine, obiettivo del corso è anche quello di far sì che gli studenti padroneggino i concetti di completo e parziale ripristino di resistenza dei collegamenti, nonché quello richiesta di duttilità dei giunti.
Prerequisiti
Conoscenze acquisite con i corsi di base di Scienza delle Costruzioni e Tecnica delle Costruzioni
Metodi Didattici
- Lezioni in aula
- Ricevimenti periodici per le revisioni dell'esercitazione assegnata allo studente
Altre Informazioni
I ricevimenti verranno concordati via e-mail
Modalità di verifica apprendimento
- Esercitazione progettuale su un tema concordato con lo studente, finalizzata all'applicazione pratica dei concetti e delle teorie apprese durante il corso
- Esame orale
Programma del corso
• Cenni di storia delle costruzioni metalliche: i progressi nella storia dell'industria siderurgica; i primi ponti in ghisa; colonne e travi in ghisa per edifici; le strutture in ferro puddellato; ponti ed edifici in acciaio; l'evoluzione dei grattacieli; l'uso dell'acciaio nelle strutture moderne (seminario).
• Peculiarità delle strutture metalliche. Elementi di concezione strutturale degli edifici in acciaio: gli edifici multipiano. Orditura degli impalcati per carichi verticali; tipologie di funzionamento statico; controventi verticali, controventi di piano. Tipologie di travature reticolari. Elementi di concezione strutturale: gli edifici monopiano. Orditura strutturale della copertura e delle facciate. Trasmissione dei carichi verticali: controventi di testata, travi di bordo, controventi di falda. Trasmissione dei carichi orizzontali: meccanismi di funzionamento statico; controventi verticali, travi di bordo e controventi di falda. Schemi strutturali per i telai trasversali (con traversi in parete piena, reticolari rigidi e reticolari pendolari).
• Teorema Statico dell'Analisi Limite: ipotesi e limitazioni; implicazioni nel calcolo delle strutture in acciaio. Esempio del nodo travi-colonna bullonato. Tracciamento delle travature reticolari. Calcolo dei controventi concentrici ed eccentrici con diagonali progettati per resistere a compressione o meno. Calcolo dei controventi trasversali di testata (per carichi verticali) con arcarecci progettati per resistere a compressione oppure no. Calcolo di arcarecci con schemi Gerber o continui su due campate.
• Il materiale acciaio: tensioni residue per laminazione a freddo, per laminazione a caldo e per taglio alla fiamma. Tensioni residue per profili in composizione saldata. Imperfezioni geometriche longitudinali e trasversali. Prova statica di trazione su provino monodimensionale; effetto Bauschinger; prova di compressione globale; prova di durezza; prova di piegamento; Prova di resilienza, pendolo di Charpy.
• Il problema della fatica nelle strutture in acciaio; interpretazione fisica. Prova di fatica a flessione rotante. Curve di Wöhler e curve di Smith. Stato limite di fatica: classe di resistenza a fatica, verifica a vita illimitata a fatica e verifica a danneggiamento. Cenni sugli spettri di carico.
• Richiami sul metodo di verifica tensionale di Huber-Hencky-von Mises. Richiami sulla classificazione delle sezioni di elementi strutturali in acciaio. Metodi di analisi della capacità resistente delle sezioni; metodi di analisi globale delle strutture. Verifiche di resistenza: calcolo plastico di elementi tesi; duttilità nel caso di collegamenti bullonati di aste tese. Calcolo plastico di travi soggette a flessione semplice; fattore di forma. Calcolo plastico di sezioni soggette a taglio puro. Modelli di resistenza in campo plastico a flessione e taglio. Modello di resistenza in campo plastico per flessione e sforzo normale. Verifiche di resistenza secondo EC3. Il caso della flessione biassiale.
• Richiami sulla torsione uniforme nelle travi in acciaio. Il problema della torsione secondaria. Funzione d'ingobbamento, area settoriale, momento statico settoriale, momento d'inerzia settoriale. Tensioni tangenziali e tensioni normali dovute alla torsione secondaria. Il concetto di bimomento e suo significato fisico. Equazioni che governano il problema della torsione mista e relative soluzioni. Lunghezza adimensionale caratteristica della trave e valori tipici per alcune tipologie di elementi strutturali. Esempio di calcolo della torsione non uniforme per un profilo IPE 400. Verifica in campo plastico di una trave in presenza di torsione.
• Richiami di stabilità, asta di Eulero. Il problema della stabilità di aste inserite in strutture complesse: telai a nodi fissi e a nodi spostabili. Effetto della distribuzione del carico. Instabilità in campo plastico: snellezza di proporzionalità; metodo del modulo tangente e metodo del modulo ridotto. Effetto delle imperfezioni e di un momento flettente del prim'ordine. Effetto del taglio. Snellezza equivalente di aste composte: aste tralicciate e aste calastrellate. Instabilità latero-torsionale di travi a sezione aperta. Verifica di stabilità a pressoflessione. Cenni sull'instabilità flesso-torsionale. Stabilità delle aste nelle strutture: efficacia dei controventi.
• Stabilità delle lastre sottili elastico-lineari: il problema di De Saint Venant, diagramma a ghirlanda, coefficiente di imbozzamento del pannello. Lastra di von Kármán e concetto di larghezza efficace. Contributo delle imperfezioni e lastra di Winter. Instabilità locali di profili sottili: il metodo delle tensioni efficaci in EC3. Cenni sull'instabilità distorsionale. Il problema dell'imbozzamento dei pannelli d'anima delle travi. Irrigidimenti trasversali e longitudinali. Verifiche secondo EC3.
• Tecnologia delle unioni saldate; difetti metallurgici e geometrici; metodi per ridurre l'incidenza dei difetti a livello progettuale; tecniche di indagine non distruttive.
• Collegamenti a completo e parziale ripristino; duttilità dei collegamenti. Tipologie di collegamento. Giunti cerniera, rigidi e semirigidi; valutazione della capacità rotazionale di un giunto. Calcolo di un giunto di base con il metodo dei T-stub. Calcolo di giunti flangiati simmetrici soggetti a trazione con e senza irrigidimenti. Calcolo di giunti di composizione delle sezioni. Calcolo di un giunto trave-trave con coprigiunti. Esempio sulle diverse modalità di progettare una trave su tre appoggi e i relativi giunti.
• Comportamento statico e non linearità geometrica delle funi. Statica della fune inestensibile. Cenni sulla statica della fune estensibile. Travi di funi. Modulo di Dischinger. Tipologie di funi, caratteristiche meccaniche e stati limite (seminario).