ORDINE DEGLI INGEGNERI DI SIENA
Progetto delle Costruzioni in acciaio e composte acciaiocalcestruzzo ai sensi del DM 2008
COLONNE COMPOSTE ACCIAIO-CALCESTRUZZO
Siena, 28 Maggio 2010
Prof. Ing. Enrico Mangoni
Docente di “Progetto e Riabilitazione delle Strutture “
presso la Facoltà di Ingegneria dell’Università di Firenze
Email: [email protected], [email protected]
COLONNE COMPOSTE ACCIAIO - CALCESTRUZZO
Le colonne composte acciaio – calcestruzzo sono trattate nella parte 4.3.5 della
norma, nonché nella parte C.4.3.5.3 della Circolare.
Tipologie di colonne composte acciaio - calcestruzzo
Concrete encased sections
Vantaggi:
•Elevata portanza;
•Elevata resistenza al fuoco;
•Soluzione economica in relazione ai
costi del materiale
Svantaggi
•Elevati costi di fabbricazione
(casserature);
•Difficoltà di realizzazione delle
connessioni con le travi;
•Difficoltà nel rinforzo delle colonne a
costruzione avvenuta
Partially concrete encased sections
Vantaggi:
•Elevata portanza, specialmente nel caso di
sezioni composte saldate;
•Nessun costo per la casseratura;
•Semplici soluzioni per la realizzazione di
giunti;
•Elementi facilmente rinforzabili a costruzione
avvenuta.
Svantaggi
•Limitata resistenza al fuoco in relazione ai
profili Concrete Encased Sections
Concrete filled hollow sections
Vantaggi:
•Elevata resistenza e possibilità di realizzare
colonne snelle;
•Sezioni strutturali ottimizzate per le flessione
deviata.
Svantaggi
•Elevati costi dei profili;
•Difficoltà di getto;
•Necessità di armatura addizionale per la
resistenza al fuoco.
Concrete filled hollow sections with additional inner profiles
Vantaggi:
•Elevatissima resistenza e possibilità di
realizzare colonne molto snelle;
•Possibilità di realizzare colonne a
sezione costante lungo tutti i piani negli
edifici di rilevante altezza;
•Elevata resistenza al fuoco e nessuna
armatura addizionale.
Svantaggi
•Elevati costi dei profili;
•Difficoltà di getto.
Rigidezza flessionale, snellezza e contributo meccanico
dell’acciaio secondo le NTC 2008
Progetto delle colonne composte in accordo a EN 1994-1-1
Verifica delle colonne composte
Verifiche di resistenza
Metodo generale
Metodo semplificato
Resistenza all’instabilità di tipo locale
Problematiche relative al trasferimento
del carico nella colonna
Verifica della connessione acciaio –
calcestruzzo nelle zone esterne a quelle di
introduzione del carico
Resistenza delle sezioni composte acciaio – calcestruzzo
secondo le NTC 2008
??
Come si stima la resistenza degli elementi presso – inflessi?
Valore di progetto della
resistenza a compressione:
Valore caratteristico della
resistenza a compressione:
Resistenze di progetto dei materiali:
Incremento di resistenza del
calcestruzzo nel caso di profili
tubolari dovuto alla direzione del
getto
Effetto del confinamento nel caso di concrete filled hollow
sections
Profili di acciaio
Calcestruzzo
Per tensioni nel calcestruzzo σc>0.8fck l’effetto Poisson (def.trasversale) del
calcestruzzo è maggiore di quello dell’acciaio. Il confinamento esercitato dal tubo di
acciaio provoca compressioni di tipo radiale σc,r sul calcestruzzo. Questo produce
un aumento della resistenza e della deformazione ultima del calcestruzzo. Inoltre le
tensioni di tipo radiale portano ad un aumento dell’attrito all’interfaccia tra acciaio e
calcestruzzo e quindi della resistenza a taglio di tipo longitudinale.
Gli effetti del confinamento secondo l’EC4
Valore di progetto della resistenza a compressione, tenendo
conto dell’effetto del confinamento:
Valori di base di η per colonne non
snelle ,sottoposte a N centrato
Influenza della
snellezza per
Influenza
dell’eccentricità
Resistenza plastica di una sezione presso - inflessa
Curva di interazione
La resistenza di una sezione sottoposta a
compressione e momento flettente e il
corrispondente diagramma di interazione
possono essere calcolati facendo riferimento
a diagrammi di tipo stress – block e
trascurando la resistenza a trazione del
calcestruzzo.
L’influenza del taglio sulla resistenza a presso
– flessione deve essere considerata quando il
taglio sollecitante sul profilo di acciaio Va,Ed
supera il 50% del taglio resistente del profilo
stesso Vpl,a,Rd.Tale influenza può essere
considerata attraverso una resistenza di
progetto dell’acciaio ridotta: (1-ρ)fyd .
Verifica a taglio
La porzione relativa all’acciaio del
taglio sollecitante Va,Ed non deve
superare la resistenza a taglio della
sezione metallica. La resistenza a
taglio Vc,Ed fornita dal calcestruzzo
deve essere valutata sulla base delle
regole per il cemento armato.
Nel caso in cui non si eseguano
analisi più accurate Ved può essere
ripartito tra acciaio (Va,Ed) e
calcestruzzo (Vc,Ed) in proporzione alla
resistenza plastica a flessione delle
singole parti.
Verifica a taglio trasversale
Momento resistente plastico
della sezione di acciaio
Momento resistente plastico
della sezione composta
Determinazione della resistenza a presso – flessione della
generica sezione
Asse neutro plastico
Resistenza plastica a flessione nel caso di azione
simultanea di sforzo normale Ned e taglio Ved:
Determinazione semplificata della curva di interazione
Npm,Rd =
0.85Ac fcd
γc
In via semplificata, la curva di
interazione può essere sostituita
da una spezzata passante per i
punti A, B, C, D.
Le colonne tipo INNER CORE PROFILES non possono essere valutate con
questi metodi.
Trasferimento degli sforzi tra componente in acciaio e
componente in calcestruzzo secondo le NTC 2008
Problematiche legate al trasferimento degli sforzi tra profilo
in acciaio e parte in calcestruzzo
Introduzione del carico nel calcestruzzo attraverso
connettori saldati entro la lunghezza di trasferimento LE
dimensione minima della sezione
trasversale
lunghezza della colonna
Sforzi normali sulle singole parti della sezione:
n = numero richiesto di connettori in relazione
allo sforzo normale NEd,c+Ned,s:
resistenza di progetto dei connettori
Resistenza a taglio dei connettori saldati all’anima di un
profilo partially encased
Per connettori collegati all’anima di un profilo in
acciaio di una sezione fully o partially encased, si può
considerare il contributo alla resistenza dovuto
all’attrito che si sviluppa tra il calcestruzzo e le ali del
profilo.
Tale contributo è pari a µ(PRd)/2 dove µ è il
coefficiente di attrito. Per i profili di acciaio non
verniciati µ può essere assunto pari a 0.5.
PRd è la resistenza del singolo connettore.
In assenza di informazioni più precise, la distanza netta tra le ali non deve
superare i valori riportati sopra per avere un’efficace trasferimento delle
azioni fra calcestruzzo ed acciaio
Il carico può essere trasmesso alla colonna in modo più
complesso
Nelle zone esterne a quelle di carico la perfetta connessione
tra calcestruzzo e profili in acciaio è affidata ai seguenti
meccanismi
Nelle zone esterne a quelle di
introduzione del carico, il taglio
longitudinale
all’interfaccia
tra
calcestruzzo e acciaio deve essere
verificato quando è dato da carichi
trasversali e/o momenti alle estremità
della colonna. Se il taglio longitudinale
supera la tensione tangenziale di
progetto per aderenza e attrito τRd ,
devono essere disposti dei connettori
In assenza di analisi più accurate, si può
far
ricorso
all’analisi
elastica,
considerando gli effetti a lungo termine
e la fessurazione del calcestruzzo per
determinare il taglio longitudinale
all’interfaccia.
copriferro nominale
(valore minimo)
Sezione
tubolare
tipo
CONCRETE FILLED HOLLOW
SECTION
τRd = 0.55 N/mm2
Sezione rettangolare del
tipo CONCRETE FILLED
HOLLOW SECTION
Ali di una sezione a doppio
T PARTIALLY ENCASED
Anima di sezione a doppio T
PARTIALLY ENCASED
Grazie per
l’attenzione!
Il materiale relativo alla presentazione deriva da appunti personali e del prof. Hanswille, che si ringrazia.