Obiettivi formativi
Conoscenze e capacità di comprendere:
Alla fine del percorso dell’insegnamento lo studente dovrà avere acquisito le nozioni teoriche di base per l'analisi e la progettazione di edifici a struttura portante in acciaio, con particolare riferimento alla progettazione per azioni statiche. Dovrà essere a conoscenza dei principali prodotti siderurgici, delle metodologie di caratterizzazione meccanica e chimica del materiale e delle modalità di dimensionamento e verifica delle aste in acciaio, sia a sezione semplice che composta.
Competenze:
Lo studente sarà in grado di eseguire la progettazione di edifici, mono e multipiano, a struttura metallica, secondo la vigente normativa, sia italiana che europea. Sarà in grado di progettare e verificare le principali tipologie strutturali con cui vengono utilizzati i prodotti in acciaio, sia nei confronti della resistenza che della stabilità. Sarà in grado di progettare collegamenti tra aste in acciaio, sia mediante organi meccanici che con saldatura.
Autonomia di giudizio:
Lo studente sarà in grado di esprimere un giudizio tecnico sull'organizzazione strutturale di edifici in acciaio, illustrando le prerogative delle strutture portanti, delle coperture, la disposizione ottimale delle controventature, al fine di ottenere un buon comportamento nei confronti delle azioni orizzontali e verticali.
Capacità di apprendimento:
Lo studente sarà in possesso dei requisiti di base per affrontare la progettazione sismica di strutture in acciaio (sviluppata in un altro corso accademico) e di estendere le proprie abilità all'analisi di strutture metalliche più complesse, quali gli edifici alti (grattacieli) e i ponti.
Prerequisiti
E'utile aver frequentato il corso di Cemento Armato.
Contenuti dell'insegnamento
Il corso tratta le diverse tematiche inerenti l'analisi strutturale di edifici realizzati in acciaio. Partendo dalla conoscenza del materiale, attraverso approfondimenti sulla composizione chimica e sulla produzione dell'acciaio nonché sulle prove meccaniche e chimiche di caratterizzazione del materiale, vengono illustrati i principali prodotti commerciali presenti (profili formati a caldo e profili piegati a freddo, prodotti piani) soffermandosi sul loro impiego in funzione delle caratteristiche di sollecitazione presenti. Prendendo come riferimento l'attuale normativa tecnica italiana (NTC2008) e parallelamente la normativa europea (in particolare Eurocodice 3, parti 1 e 8), il corso analizza le problematiche relative ai sistemi strutturali in acciaio, in particolare relative all'influenza che le modalità di trasferimento delle forze orizzontali, la stabilità trasversale e i collegamenti nei nodi hanno sulle possibili metodologie di analisi. Vengono quindi passate in rassegna le tipologie di analisi (elastica, elasto-plastica, plastica) per poi passare alla verifica e al progetto delle aste semplici in relazione allo stato di sollecitazione presente (trazione, compressione, taglio, e sollecitazioni composte). Parte rilevante del corso è rappresentata dall'influenza che l'instabilità ha sulla progettazione degli elementi strutturali in acciaio, in particolare per aste compresse, inflesse e presso-inflesse. Viene illustrata l'influenza della deformazione a taglio sul carico critico, con particolare rilievo alla progettazione di aste composte. Il corso tratta anche le problematiche relative ai collegamenti (in particolare trave-trave, trave-colonna, colonna-fondazione), illustrando le peculiarità di collegamenti realizzati mediante bullonatura e saldatura. Sono previste anche applicazioni progettuali.
Programma esteso
Le costruzioni in acciaio: Sviluppo storico, introduzione dell'acciaio nella progettazione strutturale, confronto strutture in acciaio/in c.a.
Il materiale acciaio: acciaio da carpenteria metallica: proprietà, composizione chimica e sua influenza sulle proprietà fisico-meccaniche. Determinazione delle proprietà mediante prove sperimentali (analisi chimiche, prova a trazione e legame costitutivo tensioni-deformazione, resilienza, prova di piegamento, prova di durezza, prova di compressione globale). Produzione, processi di lavorazione, tensioni residue, trattamenti termici. Le imperfezioni meccaniche.
Classificazione degli acciai.
Prodotti in acciaio: profili formati a caldo e profili piegati a freddo. Profilati e loro impiego, in funzione delle caratteristiche di sollecitazione.
Oggetti edilizi con struttura in acciaio (edifici, capannoni, scale); solai di copertura e solai praticabili: descrizione morfologica; elementi costitutivi; lamiera grecata, travi secondarie, travi principali.
Sistemi strutturali in acciaio: Classificazione dei telai; tipologie strutturali: telai controventati e non controventati, effetti secondo ordine, metodi di analisi dei telai, non linearità geometrica, non linearità meccanica, analisi elastica con ridistribuzione, analisi rigido plastica, analisi elasto plastica, metodi semplificati.
Sicurezza: cenni al metodo delle tensioni ammissibili/ metodo degli stati limite: stato limite ultimo e stati limite di esercizio; normativa italiana ed europea.
Verifica agli stati limite di esercizio (spostamenti).
Trazione: comportamento di sezioni e aste tese al crescere dello sforzo normale; comportamento di aste tese con sezioni indebolite da fori; verifica e progetto allo SLU; uso dei sagomari, coefficienti di sicurezza nelle verifiche allo SLU, tensioni ammissibili e SLU; rottura fragile e rottura duttile.
Compressione: Modalità di collasso di aste compresse (plasticizzazione della sezione, fenomeni di instabilità locale, instabilità dell'asta). Valutazione della resistenza plastica in assenza di fenomeni di instabilità locale; carico critico Euleriano e resistenza all'instabilità; influenza delle imperfezioni sulla resistenza all'instabilità; verifiche di aste compresse; applicazioni numeriche. Carico critico in presenza di deformabilità a taglio. Aste composte: modalità di realizzazione, vantaggi; metodi di verifica, applicazioni numeriche.
Classificazione delle sezioni
Flessione semplice retta: comportamento di una sezione soggetta a flessione in campo elastico ed in campo plastico; comportamento di sezioni non simmetriche; verifica alle tensioni ammissibili e allo stato limite ultimo (in assenza di fenomeni di instabilità locale); applicazioni numeriche. Progetto di sezioni e aste inflesse.
Taglio: tensioni tangenziali dovute al taglio in campo elastico ed in campo plastico; collasso per taglio; verifica alle tensioni ammissibili e allo stato limite ultimo; applicazioni numeriche; taglio e flessione; influenza del taglio sulla resistenza a flessione.
Flessione deviata: verifica alle tensioni ammissibili e allo stato limite ultimo.
Instabilità flesso-torsionale: formule approssimate e cenno a formule rigorose per la valutazione del momento critico; momento resistente in presenza di instabilità flesso-torsionale.
Tensoflessione: comportamento della sezione in campo elastico e plastico; dominio di resistenza M-N in campo elastico; costruzione del dominio di resistenza M-N allo stato limite ultimo; verifica e progetto di sezioni; applicazioni numeriche.
Pressoflessione: influenza del momento flettente sulla resistenza all'instabilità; verifica con il metodo degli stati limite; normativa italiana ed europea; metodi A e B; applicazioni numeriche.
Collegamenti: tipologie: collegamenti saldati, a completa penetrazione e a cordone d'angolo; collegamenti bullonati, con bulloni che lavorano a taglio o a trazione, oppure collegamenti bullonati ad attrito.
Collegamenti bullonati: caratteristiche dei bulloni: diametro, area nominale e area resistente, classe. Prescrizioni sulla distanza tra i fori. Collegamenti con bulloni sollecitati a taglio: rottura a taglio del bullone; rifollamento della lamiera; verifica e progetto; applicazioni numeriche
Collegamenti con bulloni sollecitati a trazione: rottura a trazione del bullone; punzonamento della lamiera; verifica e progetto; applicazioni numeriche. Collegamenti con bulloni sollecitati a trazione e taglio. Collegamenti ad attrito: verifica e progetto; motivazione dei collegamenti ad attrito; applicazioni numeriche.
Collegamenti saldati: tecniche di saldatura; imperfezioni; domini di resistenza sperimentali; domini di resistenza semplificati per la verifica allo stato limite ultimo; applicazioni numeriche.
Realizzazione di un edificio monopiano in acciaio: Trasmissione delle azioni dalla lamiera grecata alle travi secondarie e a quelle principali; modellazione dello schema geometrico e dei carichi. Descrizione morfologica; diverse tipologie di travi reticolari; valutazione delle azioni sulle travi reticolari; schematizzazione della trave reticolare.
Bibliografia
- G. Ballio, F.M. Mazzolani, Strutture in acciaio, Hoepli, 1987, (disponibile Biblioteca Ingegneria e Architettura).
- G. Ballio, C. Bernuzzi, Progettare costruzioni in acciaio, Hoepli, 2004, (disponibile Biblioteca Ingegneria e Architettura).
- C. Bernuzzi, F.M. Mazzolani, Edifici in acciaio, Hoepli, 2007 (disponibile Biblioteca Ingegneria e Architettura).
Testi di approfondimento:
- N. Scibilia, Progetto di strutture in acciaio, Dario Flaccovio Editore, 2010.
- V. Nunziata, Teoria e pratica delle strutture in acciaio, Dario Flaccovio Editore, 2011.
- A. De Marco, R. Landolfo, W. Salvatore, Acciai strutturali, prodotti e sistemi di unione, Fondazione Promozione Acciaio, 2007.
- P. Colombo, L. Sgambi, Analisi di una soluzione monopiano con il metodo plastico, Fondazione Promozione Acciaio, 2008.
- A. Dall'Asta, R. Landolfo, W. Salvatore, Edifici monopiano in acciaio ad uso industriale, Dario Flaccovio Editore, 2009.
Ulteriore materiale didattico a disposizione sul portale didattica.unipr.it: copia elettronica delle slides utilizzate durante il corso.
Metodi didattici
Il corso alterna lezioni frontali a carattere teorico ad esempi di calcolo prettamente progettuali, al fine di fornire allo studente gli strumenti per affrontare e risolvere le principali problematiche che coinvolgono la progettazione degli elementi in acciaio.
Modalità verifica apprendimento
L'esame è scritto e può vertere sia su esercizi a carattere progettuale che su domande teoriche. In base al risultato ottenuto nell'esame scritto può essere richiesto un approfondimento orale.
La verifica scritta (100% esame) comprende:
30% - domanda di carattere teorico (conoscenza)
70% Applicazione della teoria alla risoluzione di una problematica progettuale (competenza)
Altre informazioni
E' vivamente consigliata la frequenza del corso.
Materiale utile in particolare per la parte progettuale (catalogo prodotti, sagomari, software di calcolo) può essere reperito al sito www.promozioneacciaio.it.
Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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