Costruzioni metalliche bontempi 2015 - aspetti elementari
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Aspetti elementari delle Costruzioni Metalliche. Lezioni di settembre 2015.
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Costruzioni metalliche bontempi 2015 - aspetti elementari
- 1. ASPETTI ELEMENTARI: materiali - sezioni - elementi Corso di Costruzioni Metalliche Prof. Ing. Franco Bontempi Facolta’ di Ingegneria Civile e Industriale Universita’ degli Studi di Roma La Sapienza 127/09//2015
- 5. 5 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 5 27/09//2015 5 ELEMENTI E COMPONENTI STRUTTURALI ORGANIZZAZIONE Le relazioni stabili di funzione, funzionalità e topologia che danno significato agli elementi indipendentemente dalla loro specificità. STRUTTURA Elementi specifici che tramite le relazioni strutturali formano una configurazione persistente nel tempo SISTEMA Struttura durevole di elementi organizzati, che viene osservata come unità che presenta caratteristiche emergenti.
- 6. 27/09//2015 ELEMENTI E COMPONENTI STRUTTURALI ORGANIZZAZIONE Le relazioni stabili di funzione, funzionalità e topologia che danno significato agli elementi indipendentemente dalla loro specificità. STRUTTURA Elementi specifici che tramite le relazioni strutturali formano una configurazione persistente nel tempo SISTEMA Struttura durevole di elementi organizzati, che viene osservata come unità che presenta caratteristiche emergenti. Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 6
- 8. Processo di analisi e processo di sintesi (1) DATI CALCOLO RISULTATI START END START END MODIFICA K=K+1 K=0 DATI K CALCOLO RISULTATI K TEST SI’ NO Pre-processing Post-processing 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 8
- 9. Processo di analisi e processo di sintesi (2) START END MODIFICA K=K+1 K=0 DATI K CALCOLO RISULTATI K TEST SI’ NO ANALISI SINTESI 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 9
- 10. Analisi / Sintesi 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 10
- 11. 11 STRUCTURAL QUALITY - design life - railway runability - highway runability - free channel - robustness - durability - management GLOBAL GEOMETRY AND TOPOLOGY TOPOLOGY - suspension system - towers - towers foundation - anchor system - main deck - deck landing - ... GLOBAL GEOMETRY - main span - sx span - dx span SECTIONAL GEOMETRY - continuous girder sections - transverse section - main cables - hangers - towers - secondary elements MATERIALS CHARACTERISTICS - girders - cables SYNTHESIS OF STRUCTURAL SOLUTION AND DOCUMENTATION BOUNDARY CONDITIONS CONSTRAINTS: rigid and elastic constraints, imposed displacements NATURAL ACTIONS - temperature - wind - earthquake ANTROPIC ACTIONS a) permanent loading system b) variable - railway - highway c) accidental CONVENTIONALMODELING: QUASISTATICREPRESENTATION BASIC STRUCTURAL CONFIGURATION PARAMETERS - individuation - definition - uncertainty - description - bounding GLOBAL MODELING - 2D - 3D MODELING WITH DYNAMIC INTERACTION ALTERNATIVE STRUCTURAL CONFIGURATIONS GLOBAL OPTIMIZATION - topology - morphology - parametric LOCAL OPTIMIZATION - girders section - transverse section - restraint zone EXPERT AND FIXED CHOICES MEASURES a) qualitative b) materials volumes c) serviceability - modal characteristics - deflections - deformations - reversibility d) collapse scenarios - collapse characteristics - robustness e) accidental scenarios - configurations - risks DETAILED MODELING EXTENDED MODELING 1 2 3 4 5 6 7 Numerical Modeling for the Structural Analysis and Design of MESSINA STRAIT BRIDGE: subdivision and development of activities. FB - june 6, 2005 / franco.bontempi@uniroma1.it
- 13. Requisiti strutturali • Condizioni di esercizio: • Rigidezza • Condizioni ultime: • Resistenza • Stabilita’ • Duttilita’ • Durabilita’ • Condizioni estreme: • Robustezza • Resilienza • Configurazione nominale della struttura • Configurazione danneggiata della struttura 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 13
- 14. 14 14 Robustezza strutturale e durabilita’ nel tempo. Misura di danno o di errore Capacità prestazionale Situazione nominale Degrado prestazionale Capacità prestazionale Situazione nominale Degrado prestazionale Misura del tempo o dell’uso Robustness / Durability 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it
- 17. Semplicità • Il criterio più generale di progetto riguarda la semplicità: per l’Ingegneria questo è un valore fondamentale, perché pone i fondamenti per la certezza di comportamento. • Questo vale diventa, quindi, una strategia globale per non introdurre ulteriori complessità in un ambiente già di per se altamente incerto. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 17
- 18. Regolarità geometrica e simmetria • La regolarità geometrica riguarda la disposizione in pianta ed in elevazione della struttura; è consigliata l’adozione di una configurazione geometrica chiara, lineare, con limitate eccentricità e variazioni brusche di masse o rigidezze, con possibili simmetrie e ripetizioni. • Questo e’ un criterio che riguarda tutte le scale strutturali, dai componenti all’intera struttura: si pensi alle connessioni delle aste nelle strutture reticolari al fine di evitare sollecitazioni parassite o alla disposizione di un intero edificio. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 18
- 19. Iperstaticità e ridondanza • La ridondanza strutturale consiste nel prevedere la duplicazione dei percorsi e dei meccanismi resistenti, ponendoli in parallelo, in modo da assicurare la sicurezza globale dell’opera anche in caso di crisi da parte di un sistema resistente, per mezzo della ridistribuzione dei percorsi di carico. A questa si accosta il concetto di iperstaticità, che consiste nel progettare strutture con vincoli ed interconnessioni sovrabbondanti rispetto alla quantità strettamente necessaria. • Entrambi i criteri assumono un importante ruolo nel governo del comportamento strutturale, indirizzando nelle dovute forme le modalità di collasso. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 19
- 20. Prevedibilità nel tempo • Riguarda la necessità di utilizzare materiali, componenti o soluzioni il cui comportamento sia il più possibile prevedibile. • Anche in questo caso, alterazioni brusche ed imprevedibili dei comportamenti meccanici di materiali e componenti, che si ripercuotano sulla risposta strutturale complessiva, non possono essere accettabili. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 20
- 21. Principio di precauzione • Il criterio si rivolge alla scelta dei materiali e prodotti strutturali da usare nelle opere affinché si possa garantire il rispetto dei requisiti precedentemente indicati. Nel caso si scelgano materiali e prodotti non esplicitamente citati nelle norme si richiede che tali materiali possano essere impiegati solo se il produttore ne garantisce prestazioni in linea con quanto richiesto dalla norma stessa. • Per poter essere utilizzato ai fini strutturali, un materiale o un componente devono avere caratteristiche geometriche, chimiche, fisiche e meccaniche, certe. In termini più generali, si fa riferimento all’attenzione che si deve rivolgere all’ambiente. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 21
- 26. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 26 True vs. Engineering Stress
- 27. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 27 Asimmetria trazione - compressione
- 28. Legame costitutivo elementare 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 28
- 36. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 36 Tenacità / Resilienza La tenacità è una misura della quantità di energia che un materiale è in grado di assorbire prima di giungere a rottura
- 38. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 38 Stress-strain curves for brittle and ductile materials. Brittle materials fracture at low strains and absorb little energy. Conversely, ductile materials fail after significant plastic strain (deformation) and absorb more energy. Note that in this idealised example, the yield and ultimate tensile stresses are the same for both materials; brittle or ductile behaviour are not necessarily related to strength.
- 42. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 42 Effetto della temperatura (alta)
- 48. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 48 Effetto della temperatura (bassa)
- 51. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 51 Effetto della velocità di carico
- 66. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 66 Reverse Plasticity – Shakedown (E-P) Ratcheting
- 67. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 67 Low Cycle Number – Large Amplitude Failure Buckling
- 70. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 70 High Cycle Number – Small Amplitude
- 72. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 72 Moore rotating-beam fatigue machine
- 76. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 76 Ondata di melassa Boston 1919
- 81. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 81 Intagli - Concentrazioni di sforzo
- 93. 93
- 94. 94
- 95. 95
- 96. 96
- 103. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 103 Distorsionie cambidimensionali
- 105. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 105 Ricadute strutturali dei processi di saldatura
- 111. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 111 Criterio di Von Mises 1,5 7,11 3 9 2,4,8,10 6,12
- 120. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 120 Disomogeneità da laminazione
- 124. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 124 Disomogeneità di lavorazione
- 126. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 126 Conseguenze delle autotensioni
- 129. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 129 Progressiva plasticizzazione
- 144. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 144 Casi ideali di sezione (ψ) ψ
- 154. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 154 Classe di sezione – tipo analisi
- 155. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 155 Esempio di sezione doppio asse di simmetria http://www.ording.si.it/file/A_01_2010-05- 19_Orlando_Spinelli_Siena.pdf
- 156. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 156 Esempio di sezione con un solo asse di simmetria
- 157. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 157 Esempio di sezione con un solo asse di simmetria
- 158. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 158 Esempio di sezione con un solo asse di simmetria
- 160. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 160 Progressiva plasticizzazione
- 162. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 162 Caso ideale di sezione rettangolare
- 166. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 166 Dominio di resistenza sez. rettangolare
- 167. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 167 Dominio limite elastico vs. plastico 1/ψ
- 171. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 171 Dominio di resistenza sez. a I (doppia T)
- 176. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 176 Sezione con un solo asse di simmetria
- 183. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 183 Asimmetria trazione - compressione
- 185. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 185 Buckling Restrained Brace (BRB)
- 195. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 195 Aste tralicciate / calastrellate
- 200. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 200 Livelli di crisi / verifica
- 204. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 204 Sensibilità alle imperfezioni
- 206. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 206 Scaledeifenomenidiinstabilità
- 210. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 210 Instabilita’ per accumulo di carico Ponding Effect
- 211. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 211 Risposta strutturale e formati di verifica
- 213. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 213 Carico / Spostamento imposto
- 229. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 229 Accoppiamenti strutturali: parallelo
- 232. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 232 Elastico lineare Elasto-plastico Inparallelo
- 235. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 235 Accoppiamenti strutturali: serie
- 241. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 241 Imperfezioni a livello sezionale
- 243. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 243 Imperfezioni a livello di collegamento
- 246. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 246 Influenza sulle sollecitazioni
- 252. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 252 Imperfezioni a livello di elemento
- 254. 27/09//2015 Costruzioni Metalliche franco.bontempi@uniroma1.it 254 Imperfezioni a livello di edificio