TdC ex_10_2013_acciaio

STRUTTURE IN ACCIAIO:

SISTEMI DI COLLEGAMENTO E UNIONI – PARTE 2

ESEMPI: GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVEGIUNTI TRAVE – COLONNA UNIONE COLONNA – COLONNAUNIONE COLONNA FONDAZIONEUNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

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. 2013 – 2014

ESERCITAZIONE 10

20 Dicembre 2013

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Corso di Tecnica delle Costruzioni – Ingegneria Civile Prof. Franco Bontempi – Ing. Stefania Arangio

ESERCITAZIONE 10 A.A. 2013 - 2014

GIUNTI DI ESTREMITÀ (TRAVE PRINCIPALE – SECONDARIA)

GIUNTI INTERMEDI: UNIONE CONTINUA TRAVE – TRAVE

GIUNTI TRAVE – COLONNA

UNIONE COLONNA – COLONNA

UNIONE COLONNA FONDAZIONE

UNIONE TRA GLI ELEMENTI DI CONTROVENTAMENTO

Outline

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PROGETTO E VERIFICA: ESEMPI SVOLTI

Un esempio di calcolo svolto per ogni tipologia di unione si può trovare nel materiale online del libro di testo. Il materiale è richiamato nel testo con dei simboli raffiguranti un computer posti al lato della pagina

http://www.carocci.it/web/Controller.do?query=__BOOK_SCHEDA_LIBRO_2&jscr=0&srcprm=4278

N.B. Gli esempi sono svolti con il DM 2005. Utilizzando le NTC 2008 le procedure non cambiano. Cambiano solo coefficienti di sicurezza e resistenze di progetto

L’aggiornamento delle esercitazioni sulle unioni svolte con le NTC 2008 sarà disponibile in bozza alla fine del corsoe verrà distribuito sul sito http://w3.disg.uniroma1.it/bontempi/

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Outline







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MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’

GIUNTO SALDATORipristina completamente la

resistenza flessionale e tagliante

Giunto trave principale – trave secondaria con moncherini saldati e bullonatura

Porta taglio e momento flettente

spessori d'aggiustaggio

GIUNTO BULLONATO CON COPRIGIUNTO GIUNTO FLANGIATO GIUNTO BULLONATO

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MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI ESTREMITA’ (1/5)

GIUNTO SALDATORipristina completamente la

resistenza flessionale e tagliante

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Giunto trave principale – trave secondaria con moncherini saldati e bullonatura

Porta taglio e momento flettente

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spessori d'aggiustaggio

GIUNTO BULLONATI CON COPRIGIUNTO

Le squadrette sull’anima trasmettono il taglioIl coprigiunto trasmette il momento flettente

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GIUNTO FLANGIATO

Trasmette l’azione tagliante e un momento flettente che dipende dal dimensionamento di flangia e bulloni

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GIUNTI DI ESTREMITA’: UNIONE TRAVE PRINCIPALE –SECONDARIA (5/5)

GIUNTO BULLONATOTrave principale – trave secondaria

ASSE TRAVE SECONDARIA

SQUADRETTE "L......"

V

ASSE TRAVE PRINCIPALE

squadrette realizzate con angolari ad L

Trave principale

Trave secondaria

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UNIONE BULLONATA TRAVE PRINCIPALE – TRAVE SECONDARIA: ESEMPIO

5

1 4

NODO

2

3 6Elementi da collegare:Trave principale- trave secondaria

Vincolo che si vuole schematizzare:schema statico di trave appoggiata cerniera

Elementi che costituiscono l’unione:Travi:

trave principale: IPE500 S235 trave secondaria: IPE240 S235

Bulloni classe 8.8 Squadrette

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SOLLECITAZIONI AGENTI SUI BULLONI

Sulle sezioni resistenti dei bulloni agiscono uno sforzo di taglio T causato dai carichi presenti e un momento M indotto dal fatto che la risultante T non passa per l’asse baricentrico dei bulloni.

Ai fini della verifica e del dimensionamento vengono considerate le sezioni A-A’ e B-B’

Ipotesi:1) Il taglio si ripartisce in parti uguali sui bulloni2) Il momento si ripartisce sui bulloni sotto forma di una coppia di forze H

A'f

V x f

VV

p

A

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

AS

SE

TR

AV

E P

RIN

CIP

AL

E

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

h h

V/2

(V/2) x hV

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

AS

SE

TR

AV

E S

EC

ON

DA

RIA

B'

(V/2) x h

V/2

p

B

=

M H

HA

A’

R

a

p

Ra

aa

B

B’

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A'f

V x f

VV

p

A

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

AS

SE

TR

AV

E P

RIN

CIP

AL

E

b

bn

VV =

p

fVH

⋅=

22

b p

fV

n

VR

⋅+

=

Reazione verticale:

Reazione orizzontale:

Risultante:

SEZIONE A-A’

R

a

p

Ra

aa

14/57



b

bn2

VV

⋅=

p2

hVH

⋅

⋅=

22

b

1p2

hV

n2

VR

⋅

⋅+

⋅=

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

h h

V/2

(V/2) x hV

AL

LIN

EA

ME

NT

O B

UL

LO

NI

AS

SE

TR

AV

E S

EC

ON

DA

RIA

B'

(V/2) x h

V/2

p

B

Reazione verticale:

Reazione orizzontale:

Risultante:

SEZIONE B-B’

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PROGETTO E VERIFICA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO

Per la sezione della trave secondaria indebolita dall’intaglio:•Verifica di resistenza

1. Scelta del tipo di bulloni, del numero e dell’allineamento;

2. Calcolo della risultante approssimata su ciascun bullone;

3. Dimensionamento dei bulloni (Anom necessaria, diametro Φ)

4. Dimensionamento della squadretta usando le indicazioni delle NTC 2008 (per evitare la verifica a strappo della lamiera):

spessore;interasse e distanze;

2

2

b

Vn

VR +

=

VRd

nomf

RA ≥

R

a

p

Ra

aa

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Per ogni sezione (sez. AA’ e sez. BB’):

5. Calcolo della risultante esatta su ciascun bullone:

(sez. A-A’); (sez. B-B’) ;

6. Verifica a recisione del gambo del bullone:

7. Verifica a rifollamento dell’anima della trave o della squadretta:

22

b p

fV

n

VR

⋅+

=

22

b

1p2

hV

n2

VR

⋅

⋅+

⋅=

VRd

b

fA

R≤=τ

2M

tkrif

fk

ds

R

γ

ασ

⋅⋅≤

⋅=


17/57



yd

22

id f3 ≤+= τσσ


xx

15

15

35

35

50 120

xx

15

15

35

35

50 120

sez. BB’

sez. AA’

p

A

A'

e1

11

24

0

300

261

9

390

mm

9,8

24

0 50

6,2

15

15195

120

45

8. Verifica di resistenza della squadretta (taglio + trazione)

Per la sezione della trave secondaria indebolita dall’intaglio:9. Verifica di resistenza della sezione indebolita

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Outline

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MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI

GIUNTO SALDATOGiunto a completo ripristino GIUNTO SALDATO in testa e

BULLONATO sull’anima

GIUNTO BULLONATOa completo ripristino

GIUNTO BULLONATOIn grado di trasferire solo azioni taglianti

GIUNTO FLANGIATO

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MORFOLOGIA DEI GIUNTI INTERMEDI (1/5)

GIUNTO SALDATO

Giunto a completo ripristinoTrasmette momento flettente e taglio

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GIUNTO SALDATO in testa e BULLONATO sull’anima

Le ali risultano completamente ripristinate mentre il giunto d’anima va calcolato in base al taglio presente

Il collegamento è a completo ripristino flessionale se il coprigiunto d’anima porta il taglio e la quota parte di momento flettente che gli compete.

Se il giunto d’anima è dimensionato solo per gli effetti del taglio il collegamento è a parziale ripristino

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GIUNTO BULLONATO

Il giunto è a completo ripristino se il momento flettente si ripartisce fra i coprigiunti delle ali e quello dell’anima

Se i coprigiunti d’ala trasmettono il momento e il coprigiunto d’anima trasmette il taglio il collegamento è a parziale ripristino

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GIUNTO FLANGIATO

Può essere considerato a completo o a parziale ripristino a seconda della resistenza della piastra e dei bulloni

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GIUNTO BULLONATO solo sull’anima

In grado di trasferire solo azioni taglianti

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GIUNTI INTERMEDI PER UNA TRAVE CONTINUA

2 possibili schemi statici

1) Trave continua su tre appoggi

2) Travi indipendenti

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TRAVE CONTINUA SU TRE APPOGGI

Giunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionale

Giunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nullo

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Giunto flangiato sull’appoggio con ripristino della capacità flessionale

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Giunto saldato sull’appoggio e bullonato nella zona a momento nullo

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TRAVI INDIPENDENTI

Giunto bullonato con squadrette

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ESEMPIO: TRAVE A DOPPIO T CON DOPPIO COPRIGIUNTO D’ALA

500

200

200

Trave IPE 500 S235 (Fe360)

Bulloni classe 5.6

Sollecitazioni:

Td =130 kNMd = 200 kNm

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GIUNTO DI TRAVE A DOPPIO T: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO

1. Ripartizione delle sollecitazioni (sforzo di taglio T, momento flettente M) tra ali e anima.

E’ necessario definire la quota parte di sollecitazione sopportata da ciascuna zona del collegamento. In particolare si considera che lo sforzo di taglio sia interamente assorbito dall’anima della trave e che il momento flettente si ripartisca secondo le seguenti relazioni:

2. Dimensionamento e verifica del collegamento delle ali.2.1 Verifica dei bulloni2.2 Verifica a trazione del coprigiunto2.3 Verifica a rifollamento

3. Dimensionamento e verifica del collegamento dell’anima.3.1 Verifica dei bulloni3.2 Verifica a trazione del coprigiunto3.3 Verifica a rifollamento

4. Verifica della sezione indebolita dai fori.

tot

x

ali Mj

ehebeb

M ⋅

−⋅⋅+⋅⋅⋅

=

2

3

2212

12

alitotanima MMM −=

! Consultare il libro per lo svolgimento numerico della procedura di calcolo

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Outline

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MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE - COLONNA

GIUNTO SALDATOcon irrigidimenti

GIUNTO SALDATOsenza irrigidimenti

GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’ala della colonna

GIUNTO FLANGIATO

UNIONE TRAVE-COLONNA CON COPRIGIUNTI

GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’anima della colonna

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MORFOLOGIA GIUNTO TRAVE – COLONNA (1/4)

GIUNTO SALDATOcon irrigidimenti che proseguono idealmente le travi

Giunto a completo ripristino (costoso, necessita saldature in opera ma contiene l’ingombro)

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GIUNTO SALDATOsenza irrigidimenti

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GIUNTO FLANGIATO

Flangia saldata alla trave e bullonata alla colonna

COLLEGAMENTO CON COPRIGIUNTI

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GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’ala della colonna

GIUNTO BULLONATOTrave collegata all’anima della colonna

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ESEMPIO: GIUNTO FLANGIATO TRAVE - COLONNA

50

10

02

80

14

0

570

80 140 80

300

T

M

Nervatura diagonale di irrigidimento

Costola orizzontale in acciaio

Bulloni Ø20

IPE 400

HEB 300

80

Td = 60kNMd = 90kNm

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GIUNTO FLANGIATO TRAVE – COLONNA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO

1. Verifica dei bulloni

1.1 Calcolo dello sforzo di trazione Nb,tot proveniente dall’ala tesa della trave;

1.2 Calcolo dello sforzo di trazione Nb e dello sforzo tangenziale Tb sul singolo bullone;

1.3 Verifica di ciascun bullone con la massima tensione normale σb,max:

1.4 Verifica di ciascun bullone per la combinazione di tensione normale media σb e di tensione tangenziale media τb:

2. Verifica della flangia (o dell’ala della colonna se di spessore minore)

2.1 Calcolo del momento Mα

e del taglio Tα

dovuti allo sforzo di trazione proveniente dall’ala della trave, in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni;

2.2 Calcolo dell’area Ax,α e della rigidezza Wx,α della sezione resistente ridotta;

2.3 Calcolo della tensione normale σα

e della tensione tangenziale τα

agenti sulla sezione dell’ala della colonna in corrispondenza dell’asse dei fori dei bulloni tesi.

fdNA

N

res

bb <⋅= 25,1max,σ

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GIUNTO FLANGIATO TRAVE – COLONNA: SCHEMA DEL PROCEDIMENTO

3. Verifica del pannello d’anima e dell’eventuale rinforzo

3.1 Verifica dell’anima della colonna;

3.2 Calcolo dello spessore della nervatura diagonale.

4. Dimensionamento e verifica della saldatura4a) Saldatura a cordone d’angolo

4a1. Dimensionamento dell’altezza di gola;4a2. Verifiche

4.b) Saldatura a completa penetrazione

ht

38

6,5

hd

hr 281

a

Mpl

ht

htMpl

h1

Cordone di saldatura

b

orizzontale

x

a1

a

Cordone di saldatura

x

verticale

1

2

h

σ⊥,2

τ//x x

10

10

10

a

Sez. tipo cordone

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Outline

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MORFOLOGIA GIUNTO COLONNA - COLONNA

GIUNTO SALDATO(sezioni uguali o quasi uguali)

GIUNTO BULLONATO(sezioni uguali)

GIUNTO SALDATO(profili poco diversi))

GIUNTO CON CORDONI D’ANGOLO E SQUADRETTE

(profili poco diversi))

Soluzioni per collegamenti tra profili molto diversi

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ESEMPIO GIUNTO COLONNA - COLONNA

Nal/2

Nal/2

Nal/2

Nal/2

nb,al

Profilato HEB

Coprigiunto d'ala

Nan/2

nb,an

Profilato HEB

Coprigiunto d'anima

Nan

Coprigiunti d’ala

Coprigiunti d’anima

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SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO

1. Determinazione delle sforzo trasmesso dalle ali e dall’anima


2.1 bulloni delle ali

2.2 bulloni dell’anima

3. Coprigiunti

2.1 coprigiunti delle ali

2.2 coprigiunti dell’anima

4. Verifica della colonna

b

t

( )N

A

tbN

tot

ali ⋅⋅⋅

=2

alian NNN −=

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Outline

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MORFOLOGIA DEI GIUNTI DI BASE: UNIONE COLONNA - FONDAZIONE

controdadi

dadi di registro

piastra

irrigidimenti

sigillatura con malta espansiva

tirafondo

5 cm

d>5φ

T

M

N

• Colonna

• Piastra forata saldata alla faccia inferiore della colonna;la piastra può essere irrigidita mediante nervature;

• Plinto in cemento armato;

• Tirafondi annegati nel plinto e bullonati alla piastra.

controdado

dado

rosetta da saldare al montaggio

piastra di acciaio di base

malta cementizia

plinto di fondazione

tirafondo

rosetta saldata

dφ

λ

s

Particolare di un tirafondo

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UNIONE COLONNA – FONDAZIONE: SCHEMATIZZAZIONE DEI VINCOLI

T

M

N N

N

T

M

NNN

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UNIONE COLONNA – FONDAZIONE: SCHEMATIZZAZIONE DEI VINCOLI

Cerniera Incastro

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DISTRIBUZIONE DEGLI SFORZI SULLA PIASTRA

H

b

σ = NbH

N

H

b

σ

e

maxσmin

N

e

H

b

h

y

σmax

N

Sforzo normale centrato Presso-flessione

Con centro di pressione interno al nocciolo centrale di inerzia

Presso-flessione

Con centro di pressione esterno al nocciolo centrale di inerzia

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UNIONE COLONNA – PLINTO PER CARICO ASSIALE

La piastra di base deve avere caratteristiche di rigidezza tali da assicurare la ripartizione lineare delle pressioni sul plinto di calcestruzzo.

Il problema del dimensionamento del collegamento si riduce al dimensionamento della piastra :

1) Predimensionamento in pianta della piastra

2) Calcolo dello spessore della piastra

B

H

Aforo

45 360 45

450

290

HEA300

Piastra in acciaio450x450x40

45

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UNIONE COLONNA – PLINTO A INCASTRO

1. Predimensionamento della piastra e dei tirafondi

2. Verifica del collegamento saldato colonna – piastra

3. Verifica della sezione di contatto piastra – plinto

4. Calcolo della lunghezza d’ancoraggio dei tirafondi

5. Calcolo dello spessore della piastra di base

rosetta

d

t

c

lad

lp

Nb

b

e

N

B

a

Νb

σc

12

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Outline

53/57



MORFOLOGIA DEI GIUNTI TESI

Collegamenti per funi

Collegamenti flangiati

Ass

e ba

ricen

tric

o

Asse baricentrico

Asse baricentricoIdealeCerniera

Unioni degli elementi di controventamento

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Ass

e ba

ricen

tric

o

Asse baricentrico

Asse baricentricoIdealeCerniera

TIPO A

Nodo A

Nodo B

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Asse baricentrico

Asse baricentrico

Asse di Truschino

Ass

e ba

ricen

tric

o

CernieraIdeale

TIPO B

Nodo A

Nodo B

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SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO DELL’UNIONE

1. Predimensionamento dell’asta

2. Predimensionamento dei bulloni

3. Verifica dell’asta

N

a

a

Sez. a-a

G

Sez. a-a

a

a

N G

e x

N

a

a

Sez. a-a

Doppio angolare simmetrico

Singolo angolare Doppio angolare Non simmetrico

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SCHEMA DELLA PROCEDURA DI CALCOLO DELL’UNIONE


5. Verifica della piastra

Piastra di nodo

Cerniera ideale

ey

Asse di truschino

Asse baricentricoN

V

HV

H

asse baricentrico // asse ideale,

asse dei bulloni (asse di truschino) ≠ asse della sollecitazione;

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