Appunti di Tecnica delle costruzioni - Acciaio

ACCIAIO

Materiale OMOGENEO, ISOTROPO, ISORESISTENTE

È una lega FERRO-CARBONIO, carbonio < 2% perché diminuisce la duttilità ma aumenta durezza e resistenza (es. GHISA ha carbonio > 2% - fragile).

Usiamo acciai DOLCI → S235, S275, S355 (S = acciaio strutturale, 235 = tens. snervam. → f_yk).

PROVA DI TRAZIONE

Provino dimensioni standard, estremità più grandi per ammortamento ganasce.

Si misurano:

• Forza di trazione N → σ = F/A_o TENSIONE
• Allungamento ΔL → ε = ΔL/L_o DEFORMAZIONE

FASE ELASTICA

Comportamento lineare σ = E ε (modulo elastico E è la tangent del tratto elastico)

SNERVAMENTO

Inizio fase plastica: il materiale si deforma senza incrementi di carico.

INCRUDIMENTO

Pendenza inferiore, deformazioni maggiori ad ogni incremento di carico fino alla σ_u

STRIZIONE

Andamento decrescente, la sezione si restringe fino alla rottura.

MODULO ELASTICO → indipendente dal tipo di acciaio perché è influenzato dall'elemento base della lega → il FERRO

E = 210000 N/mm²

Prova di Resilienza

Usata per testare la tenacità dell'acciaio.

In alcune condizioni si possono verificare rotture fragili (urti, basse temperature, tensioni pluriassiali), quindi facciamo prove d'urto.

Pendolo di Charpy

La resilienza (K) si pone all'energia (ΔE) dissipata durante l'urto da una massa battente (mg) che passa da Ho a H

K = mgΔH

Questa prova ci consente di conoscere il grado di saldabilità

Normativa Italiana → 3 categorie: B, C, D = migliore

Durabilità

• Problema → corrosione atmosferica → perdita di materiale resist.

• Passiva → vernici anticorrosive (olei, resine ecc.)

Protezione

Attiva → rivestimento metallico → zincatura: funziona perché lo zinco si ossida prima del ferro, ma non consente di effettuare saldature

2° Problema → fuoco → per temperatura di 600°C la σo si dimezza!!

Produce distorsioni termiche → collasso

Protezione

• Rivestimenti spruzzati
• Rivestimenti in CLS o gesso
• Rivestimenti intumescenti → al fuoco, rigonfiano (schiuma)

Instabilità Globale

Provoca uno spostamento rigido della sezione trasversale.

3 tipi:

1. Instabilità flessionale Lo spostamento della sezione avviene su un piano ed è contrastata dalla rigidità flessionale (EI) dell'asta. Avviene sotto carichi assiali e il piano di inflessione coincide con uno dei piani principali d'inerzia.
2. Instabilità torsionale Comporta rotazioni torsionali della sezione, contrastate dalla rigidità torsionale (GJ)
3. Instabilità flesso-torsionaleSpostamento della sezione secondo due piani e rotazione sezione. È contrastata dalle rigidità flessionale e torsionale insieme. Il fenomeno riguarda aste caricate assialmente (es., non simm.) e travi inflesso → svergolamento.

Nel 1700 Eulero formula delle teorie per il calcolo della capacità portante in presenza di instabilità globale.

Considera un'asta perfetta e fa diverse ipotesi:

• Materiale elastico-lineare
• cerniere agli estremi
• Assenza di imperfezioni

Con queste ipotesi arriva a definire il valore del carico critico e della tensione critica

Ncr = π²EI / L²

Tensione critica euleriana

σcr = π²E / λ²

L'esperimento di Eulero consiste nel prendere un'asta caricata assialmente e perturbarla sotto carichi sempre più grandi fino a raggiungere l'equilibrio indifferente → confine tra stabilità e instabilità.

tensione critica

N_crit = π²EI_z

σ_crit = N_crit^IA = π²EI_z

tensione

I_z = A

σ_crit = π²E_(Liz)²

smelleria

λ_z = I_lz

giratore d'inerzia

σ_crit = π²EI

linee al crollo

iparaboli del 2^o ordine

oltre alle risultanza dell'asta (forma) dobbiamo tenere conto anche della risultanza del materiale

uniso graficai

ε

σ

σ_yl il materiale plastilina quindi la smelleria non conta

σ_yl = π²E

σ_yl = σ_y

ε σ

all'estro

- fino a λ_lim il materiale plastilina alla σ_yl

- dopo σ_crit è il materiale plastilina prima di σ_y a causa della smelleria

σ_crit = σ_y

σ_y = π²E_σcr

λ_c\limcrit = π²E_σcrit

smelleria critica

A = lo tg_al ² B = lo

sostituisce

y = (lo tg_al²)

sina_x + lo cosa_x = lo

y - lo (tg_al sina_x cosa_x = 1)

voglio trovare la y_max - sta a x = l² (centro – trave)

per x = y = y_max

y_max - lo ( tg_al sina_l/2 cosa_l/2 1)

y_max- lo ^devo da tiro fuori.

y_max - lo ^{sina_l/2 sina_l/2} cosa_l/2² + lo ^{cosa_l/2 | cosa _l/2}

y_max = ⁽ sina_l/2 cosa_l/2 ) cosa _l/2

=

y_max

^lo (1 – cosa_l/2)

cosa_l/22 : y_max dipenda da lo e da P

che sta dentro a

l² P

E1

lo schema di fermare da P P_tot

lo cosa

lo² E1

E1 : P^tot l²

a₂ P

Ptot² Part ^l2

cosidero a come un valore

chi mette la capacità P_t

l² carr è il valore

del carico normalizzato

al carico lattico

più si carica la P_crit

più avvieta amplificato il M

FLESSIONE SEMPLICE

La verifica è soddisfatta se

M_rd = W_el f_yk / γ_mo > M_ed

Hp

• materiale elastico perfettamente plastico
• duttilità infinita
• conservazione delle sezioni piane

CAMPO ELASTICO

Finché σ < ε_y l'acciaio lavora in campo elastico e le tensioni e le deformazioni crescono linearmente.

Per calcolare il momento posso usare NAVIER

σ = M / I_x y

I_x = W / y

calcolo le risultanti C = T

C = σb h / 2

M = 6 bh² / 6

W = bh² / 12

W_e = bh² / 6 MODULO DI RESISTENZA ELASTICO

UNIONI

Le costruzioni metalliche sono spesso realizzate dall'assemblaggio di vari elementi mediante collegamenti.

I diversi sistemi di collegamento costituiti da dispositivi costruttivi che hanno lo scopo di connettere insieme 2 o più elementi strutturali:

• CHIODI
• BULLONI
• SALDATURA

I collegamenti rappresentano i vincoli e il comportamento meccanico dell'unione definisce il tipo di vincolo, cioè la CdS che si trasmette.

INCASTRO

NODI SEMI-RIGIDI

CERNIERA

• deve essere in grado di deformarsi plasticamente senza rompersi

saldato

flangiato

bullonato