ACCIAIO, CEMENTO ARMATO, SISMICA ED ALTRO |
a cura di Aurelio Ghersi |
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CORSO DI TECNICA DELLE COSTRUZIONI - Ingegneria civile strutturale e geotecnica anno accademico 2017/18 |
Programma delle lezioni
Obiettivo del corso è fornire allo studente le conoscenze teoriche e le capacità applicative necessarie per la progettazione delle strutture. L'iter fondamentale di tale operazione richiede il passaggio dall'oggetto ad un modello (geometrico e di carico) che verrà calcolato e verificato. Si seguiranno quindi le tre fasi (modellazione, analisi strutturale, verifica strutturale) di seguito descritte, che verranno integrate da un'ampia gamma di applicazioni progettuali.
Modellazione
Gli studenti sono in genere abituati ad affrontare problemi
strutturali ben definiti, nei quali lo schema da risolvere è già assegnato. Si
trovano quindi in difficoltà di fronte agli oggetti reali, perché non riescono a
vedere come schematizzarli. In aggiunta a ciò, la disponibilità di strumenti di
calcolo sempre più potenti tende a spingere verso l'uso di modelli sempre più
complessi, nel tentativo (spesso vano) di raggiungere una migliore conoscenza
dell'oggetto reale. Ciò comporta il rischio di inseguire i singoli dettagli e
perdere di vista l'unitarietà del comportamento strutturale.
Per ovviare a questi problemi il corso dà sufficiente spazio alle problematiche
di modellazione e, pur non disdegnando l'uso di programmi di calcolo e di
modelli più complessi, cerca di formare lo studente al riconoscimento del
comportamento globale per individuare schemi appropriati ma il più possibile
semplici ed essenziali.
Analisi strutturale
Con tale termine si intende, in particolare, la risoluzione
dello schema geometrico soggetto ai carichi (quindi, nel caso di insieme di
aste, la determinazione delle caratteristiche della sollecitazione).
La risoluzione di schemi semplici, ai quali principalmente si ricorre, è già
nota dal corso di Scienza delle costruzioni ma viene richiamata, almeno nelle
sue linee essenziali, nel corso. E' infatti essenziale per l'ingegnere riuscire
a padroneggiare schemi semplici, valutandone con rapidità le caratteristiche di
sollecitazione, calcolandone le deformazioni e tracciando, anche
qualitativamente, i diagrammi delle caratteristiche di sollecitazione e la
deformata della struttura.
Per schemi più complessi, dalla trave continua ai telai piani, vengono fornite
indicazioni operative che consentono di stimare con buona approssimazione i
risultati. Ciò risulta utile sia per il dimensionamento preliminare delle
strutture che per il controllo e l'accettazione dei risultati forniti da
semplici programmi di analisi strutturale, messi a disposizione dal docente, o
dai più complessi programmi in uso nella pratica professionale.
Verifica strutturale
Come già visto nel corso di Scienza delle costruzioni, i criteri con i quali si verifica la resistenza strutturale sono basati sull'esame dello stato tensionale.
Nel corso di Tecnica delle costruzioni, modulo A, si esamina innanzitutto in generale il problema della verifica della sicurezza, mostrando come passare da modelli di comportamento lineari (verifica alle tensioni ammissibili) a modelli non lineare (verifica allo stato limite ultimo), evidenziandone gli aspetti unitari più che le differenze. Si esamina quindi come estendere i risultati ricavati per sezione di materiale ideale (omogeneo, isotropo, linearmente elastico), alle situazioni reali nelle quali il materiale (acciaio) può avere un comportamento non lineare. Si affronta così il problema della verifica di resistenza di sezioni in acciaio e della verifica di stabilità di aste in acciaio. Si passa quindi all'esame dei possibili collegamenti tra aste in acciaio.
Nel corso di Tecnica delle costruzioni, modulo B, si estendono i risultati, ricavati per sezione di materiale ideale (omogeneo, isotropo, linearmente elastico), alle situazioni reali nelle quali il materiale oltre a non avere comportamento lineare, non è omogeneo (cemento armato). Si mostra in che modo viene superato il problema della non omogeneità di calcestruzzo e acciaio e quello della scarsa resistenza a trazione del calcestruzzo, ribadendo l'unitarietà di approccio che è alla base dei due modelli di comportamento del materiale (lineare e non lineare).
Applicazioni progettuali
Nell'ambito del corso di Tecnica delle costruzioni vengono
sviluppate applicazioni progettuali relative ad elementi strutturali in acciaio
e in cemento armato, assegnando agli studenti progetti da svolgere
individualmente. In particolare, nel modulo A si esaminano gli elementi presenti
in un capannone, o in alternativa in una scala in acciaio o in un edificio in
acciaio soggetto solo a carichi verticali. Nel modulo B si esaminano gli
elementi presenti
in un edificio in cemento armato soggetto solo a carichi verticali. Lo
svolgimento dei progetti sarà presentato in dettaglio nel corso; gli studenti
potranno ricevere ulteriori chiarimenti durante apposite ore di lezione o in ulteriori incontri in cui
si discuteranno collegialmente i problemi posti dai singoli studenti.
Sono indicati nel seguito in maniera sintetica gli argomenti che si prevede di affrontare in ciascuna delle lezioni del corso. Queste informazioni verranno aggiornate man mano che si procede con le lezioni. Sono indicate col colore verde le lezioni che si prevede di fare, in nero le lezioni già fatte. Il numero sulla destra indica il numero totale (progressivo) di ore di lezione effettuate.
Le lezioni del corso sono raggruppate in moduli, alcuni teorici ed altri a carattere progettuale.
Per meglio comprendere a quale modulo fa capo ogni lezione, nel seguito è riportata per ogni lezione una sigla che contraddistingue il modulo cui essa appartiene. In particolare si è usato: |
|
AS |
per indicare il modulo "modellazione e analisi strutturale" |
VS |
per indicare il modulo "verifica strutturale, aspetti generali" |
ACC |
per indicare il modulo di teoria su "verifica e progetto di elementi in acciaio e collegamenti" - mod.A |
PrA |
per indicare il modulo progettuale "modellazione e progetto di elementi strutturali in acciaio" - mod.A |
CA |
per indicare il modulo di teoria su "verifica e progetto di elementi in cemento armato" - mod.B |
PrC |
per indicare il modulo progettuale "modellazione e progetto di elementi strutturali in cemento armato" - mod.B |
CAP |
per indicare il modulo di teoria su "verifica e progetto di elementi in cemento armato precompresso" - mod.B |
Lezioni previste e lezioni
effettivamente tenute - modulo A
martedì 10
ottobre |
AS,VS |
Presentazione del corso
Organizzazione generale del corso |
3 |
VS |
Verifica strutturale
Richiami di teoria delle probabilità:
variabili aleatorie, distribuzione di valori, densità di probabilità,
valore medio, scarto quadratico medio, frattili e valori caratteristici |
||
mercoledì 11
ottobre |
VS |
Variabilità delle azioni nel tempo |
6 |
martedì 17
ottobre |
ACC |
Acciaio
Acciai da carpenteria metallica:
proprietà; composizione chimica e sua influenza sulle proprietà
fisico-meccaniche |
9 |
mercoledì 18
ottobre |
ACC |
Trazione
Richiami di Scienza delle costruzioni sullo sforzo normale centrato |
12 |
martedì 24
ottobre |
PrA |
Prime indicazioni sul progetto da
svolgere: elementi strutturali e carpenteria di un edificio in acciaio Disposizione nei controventi nell'edificio in acciaio |
15 |
VS |
Normativa. Carichi verticali, azione del vento | ||
mercoledì 25
ottobre |
PrA |
Esempio di valutazione dell'azione del vento e di
dimensionamento allo SLU del controvento Limiti di spostamento orizzontale per gli edifici |
18 |
VS |
Azione da neve | ||
ACC |
Compressione Modalità di collasso di aste compresse: plasticizzazione della sezione e instabilità dell'asta Plasticizzazione della sezione; valutazione della resistenza plastica (in assenza di fenomeni di instabilità) Instabilità di asta compressa in campo elastico: formula di Eulero; comportamento critico e postcritico, nell'ipotesi di piccoli spostamenti e per grandi spostamenti; lunghezza libera di inflessione per diverse situazioni di vincolo |
||
martedì 31
ottobre |
--- |
Lezione non tenuta per motivi personali |
--- |
mercoledì 1
novembre |
--- |
Giorno festivo |
--- |
martedì 7
novembre |
ACC |
Compressione (segue)
Influenza delle imperfezioni sul
comportamento al crescere di N e sul carico critico |
21 |
PrA |
Ulteriori considerazioni sul dimensionamento dei controventi |
||
mercoledì 8
novembre |
ACC |
Aste composte: modalità di realizzazione; vantaggi; criteri di verifica Instabilità locale Confronto tra il comportamento di aste compresse e lastre compresse; carico critico; comportamento post-critico; modellazione semplificata del comportamento ultimo; concetto di larghezza efficace; determinazione della larghezza efficace Classificazione delle sezioni e relativi limiti del rapporto c/t; esempi di classificazione per sezioni simmetriche |
24 |
martedì 14
novembre |
ACC |
Flessione semplice retta
Verifica agli stati limite di esercizio (spostamenti) di elementi
soggetti a flessione; applicazioni numeriche |
27 |
mercoledì 15
novembre |
ACC |
Flessione semplice retta (segue)
Momento resistente allo SLU di una sezione (in assenza di fenomeni di
instabilità locale); applicazioni numeriche |
30 |
PrA |
Carichi unitari, permanenti e
variabili. Le colonne nella carpenteria dell'edificio in acciaio. Analisi dei carichi sulle colonne: valutazione dell'effetto dei carichi verticali per aree di influenza |
||
martedì 21
novembre |
ACC |
Flessione deviata
Verifica con
materiale a comportamento elastico lineare (tensioni ammissibili, stato
limite ultimo per sezioni di classe 3); dominio di resistenza (curva di
interazione My-Mz) con modello lineare |
33 |
PrA |
Colonne: Azioni trasmesse dai controventi
Le travi nella carpenteria
dell'edificio in acciaio: travi principali, travi secondaria, scala;
vincoli nel collegamento delle travi |
||
mercoledì 22
novembre |
PrA |
Colonne: esempio di dimensionamento |
36 |
ACC |
Tensoflessione
Richiami di
Scienza delle costruzioni; verifica a tensoflessione; dominio di
resistenza M-N in campo elastico |
||
martedì 28
novembre |
--- |
Lezione non tenuta perché l'aula è impegnata per concorso |
--- |
mercoledì 29
novembre |
ACC |
Tensoflessione (segue)
Costruzione del dominio di resistenza
M-N allo stato limite ultimo: criterio generale; applicazione alla
sezione rettangolare; applicazione alla sezione a doppio T sollecitata
nel piano di maggior resistenza Verifica e progetto di sezioni: applicazioni numeriche Pressoflessione
Influenza del momento flettente sulla resistenza all'instabilità;
verifica con il metodo degli stati limite |
39 |
PrA |
Progetto delle colonne |
||
martedì 5
dicembre |
ACC |
Pressoflessione
(segue)
Verifica di aste pressoinflesse: momento equivalente nel caso di
diagramma di M lineare; momento equivalente nel metodo A e nel metodo B Taglio
Tensioni
tangenziali dovute al taglio in campo elastico ed in campo plastico |
42 |
mercoledì 6 dicembre 8-11 |
--- |
Lezione non tenuta perché gli studenti partecipano ad una visita tecnica organizzata dal corso di laurea |
--- |
martedì 12
dicembre |
PrA |
Geometria della scala e problemi specifici delle travi della scala. |
45 |
ACC |
Collegamenti Tipologie: collegamenti saldati e bullonati; 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 |
||
mercoledì 13
dicembre |
ACC |
Collegamenti bullonati
Caratteristiche dei bulloni: diametro, area nominale e area resistente,
classe; prescrizioni sulla
distanza tra i fori |
48 |
PrA |
Collegamento tra controvento e trave in corrispondenza del nodo: progetto dei bulloni, distanza tra bulloni in funzione della verifica a rifollamento, dimensioni del piatto Collegamento trave-colonna con angolari (a cerniera, cioè per trasmettere taglio): progetto dei bulloni, distanza tra bulloni in funzione della verifica a rifollamento, progetto dell'angolare, posizione della cerniera ideale e momenti parassiti |
||
martedì 19
dicembre |
ACC |
Collegamenti a parziale e completo ripristino di resistenza |
51 |
PrA |
Collegamento trave-colonna con
angolari: verifica per tener conto dei momenti parassiti Collegamento tra controvento e trave in corrispondenza del nodo, se il controvento è un angolare (o una coppia di angolari): momento dovuto all'eccentricità tra asse dell'asta e asse dei bulloni e suo effetto sui bulloni Collegamento a cerniera tra travi perpendicolari (con estradosso uguale): progetto dei bulloni e dell'angolare; verifica dell'angolare per tranciamento a blocco (block tearing) |
||
mercoledì 20
dicembre |
ACC |
Collegamenti saldati
Tecniche di saldatura; imperfezioni; domini di resistenza sperimentali;
domini di resistenza semplificati
per la verifica allo stato limite ultimo; formule di normativa (dominio
sferico ed ellissoidale) |
54 |
PrA |
Progetto della saldatura tra piatto e trave nel collegamento trave-controvento |
||
martedì 9
gennaio |
ACC |
Verifica di saldatura soggetta a forza inclinata
eccentrica |
57 |
mercoledì 10
gennaio |
AS |
Analisi strutturale - esempi e richiami di concetti di base
Relazioni tra caratteristiche di sollecitazione e
deformazione (azioni - caratteristiche di sollecitazione - deformazione
dell'asta e viceversa deformazione dell'asta - caratteristiche di
sollecitazione - azioni) |
60 |
martedì 16
gennaio |
AS |
Strutture iperstatiche: applicazioni del metodo delle forze a vari esempi; metodo degli spostamenti Trave continua Risoluzione di schemi di trave continua: metodo delle forze, esempi di risoluzione col metodo delle forze (equazione dei tre momenti); metodo degli spostamenti; metodi di rilassamento; metodo di Cross |
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mercoledì 17
gennaio |
AS |
Esempio di risoluzione di trave continua col metodo di Cross Telaio Esempio di risoluzione per carichi verticali col metodo di Cross Previsione delle sollecitazioni da forze orizzontali in uno schema a telaio |
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martedì 23
gennaio |
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Lezione non tenuta per esaurimento del numero di ore di lezione |
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mercoledì 24
gennaio |
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Lezione non tenuta per esaurimento del numero di ore di lezione |
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Lezioni previste e lezioni effettivamente tenute - modulo B da completare