UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI SALERNO

FACOLTÀ DI INGEGNERIA

TESI DI LAUREA SPECIALISTICA IN INGEGNERIA CIVILE

INFLUENZA DELLA VARIABILITÀ DEI MATERIALI
NELLA PROGETTAZIONE A COMPLETO RIPRISTINO
DI RESISTENZA DEI NODI DI BASE IN ACCIAIO

di Sabatino De Simone - Relatore: Prof. Ing. Gianvittorio Rizzano - Correlatore: Dott. Ing. Massimo Latour

Anno Accademico 2009/2010

 

- sintesi per Internet -

 

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Credere in qualcosa
è vederla un giorno realizzarsi,
non sentirsene mai delusi.

A chi, da sempre vicino,
ha creduto in me.
A chi è di nuovo al mio fianco
e lontana, in fondo, non è stata mai.
A quegli amici in cui
anch’io credo.

RINGRAZIAMENTI

Devo questo mio traguardo ai miei genitori Carmine e Francesca e a mio fratello Antonio, che mi hanno sostenuto e assecondato in questi anni di studio: hanno reso possibili sia i miei periodi meno fruttuosi senza farmi pesare colpe né rinunciare a nulla, sia quelli più intensi, in cui la mia dedizione allo studio non veniva mai distratta nemmeno da piccoli impegni, da cui ero sempre sollevato soprattutto grazie ad Antonio. Devo tanto alla mia famiglia per aver riposto in me una fiducia direi cieca, anche quando, nel mio silenzio, non condividevo i motivi di qualche difficoltà.

Per gli ultimissimi esami, proprio quando la scalata di questa vetta si era fatta d’un tratto insidiosa, ringrazio Alessandra per la sua presenza così significativa, tanto attesa ma davvero unica, insostituibile; grazie per i tanti anni in cui, vicini o lontani, i nostri pensieri erano rivolti l’un l’altra. Un grazie anche per la sua pazienza nei mesi di realizzazione di questa tesi, da me sostenuta con la passione totale che mi caratterizza ma che, quando così smodata, mi rende un po’ distante dalle cose più importanti, per me e per chi mi circonda.

Ai miei migliori amici, ed ai nostri rapporti così meravigliosamente immutabili con il tempo e con le distanze, devo la spensieratezza della mia vita: dai migliori anni in cui ci siamo conosciuti tra i banchi, fino al tempo libero condiviso durante i nostri pur diversi studi universitari, ho potuto sempre contare sulla nostra innata intesa.

All’affetto che ho sempre sentito anche da tanti altri amici conosciuti in “via Viviano”, e di cui vorrei essere il forte collante per tanto, tanto tempo ancora; e a qualche amico speciale che ho conosciuto per loro tramite.

Al mio gruppo di amici da cui ora mi dividono tanti chilometri: il mio pensiero si rivolge spesso a loro ed al bel tempo speso insieme.

Ai miei amici di Roccapiemonte, in cui ho scoperto delle belle persone ed un clima in cui mi trovo così a mio agio da sentirmi sempre il benvenuto.

Alle ottime conoscenze fatte in questi anni di università, dove ho avuto la fortuna di trovare non solo affiatati compagni di studio, ma anche amici squisiti.

Ringrazio infine il mio relatore, il Prof. Ing. Gianvittorio Rizzano, per avermi affidato uno studio che mi ha tanto affascinato; ringrazio il mio correlatore Dott. Ing. Massimo Latour, per la sua ininterrotta disponibilità ed il comune interesse mostrato nell’affrontare le difficoltà incontrate in questo mio ultimo, breve ma laborioso studio universitario.

SOMMARIO

INTRODUZIONE

CAPITOLO 1 – CLASSIFICAZIONE DEI NODI

1.1 Il ruolo dei collegamenti nelle strutture sismo-resistenti

1.2 Classificazione dei nodi

1.3 Classificazione delle sezioni

1.4 Tipologie e caratteristiche dei nodi di base delle strutture intelaiate

CAPITOLO 2 – MODELLAZIONE DEL NODO DI BASE SECONDO L’EUROCODICE 3

2.1 Modelli per la previsione del comportamento rotazionale

2.1.1 I modelli meccanici

2.2 Il T-stub in trazione con una singola fila di bulloni

2.2.1 Il Meccanismo I

2.2.2 Il Meccanismo I*

2.3 Larghezza efficace del T-stub

2.4 Il T-stub in trazione con un numero qualsiasi di bulloni

2.4.1 Meccanismo I

2.4.2 Meccanismo II

2.4.3 Meccanismo III

2.4.4 Meccanismo I*

2.4.5 Resistenza di progetto del T-stub in trazione

2.5 Il T-stub in compressione

2.6 Resistenza flessionale dei nodi con piatti di base secondo l’Eurocodice 3

2.6.1 Anima della colonna in trazione

2.6.2 Piatto di base in flessione sotto la flangia della colonna

2.6.3 Calcestruzzo a compressione sotto la flangia della colonna

2.6.4 Anima e flangia della colonna in compressione

2.6.5 Nodi di base soggetti a sforzo normale centrato

2.6.6 Nodi di base soggetti a sforzo normale e momento flettente

CAPITOLO 3 – VALIDAZIONE DEL MODELLO CON TEST SPERIMENTALI

CAPITOLO 4 – CRITERI E METODO DI PROGETTO

4.1 Criteri di progetto per i nodi a completo ripristino di resistenza

4.2 Metodo di progetto per nodi di base non irrigiditi

4.3 Un applicativo per la progettazione dei nodi di base

4.4 Progetti di nodi di base non irrigiditi

4.5 Metodo di progetto di nodi di base con irrigidimenti

4.5.1 Differenze con i nodi non irrigiditi

4.6 Implementazione del programma di calcolo per nodi irrigiditi

4.7 Progetti di nodi di base irrigiditi

CAPITOLO 5 – AFFIDABILITÀ DEI CRITERI DI PROGETTO

5.1 Introduzione

5.2 Distribuzioni probabilistiche delle proprietà dei materiali

5.3 Generazione di valori casuali delle caratteristiche meccaniche dei materiali

5.4 Simulazione di Monte Carlo sui nodi non irrigiditi

5.4.1 Numerosità dei campioni da generare

5.4.2 Verifica dell’affidabilità dei criteri di progetto

5.4.3 Calibrazione del criterio proposto e verifica dell’affidabilità

5.5 Simulazione di Monte Carlo sui nodi irrigiditi

5.5.1 Numerosità dei campioni da generare

5.5.2 Verifica dell’affidabilità dei criteri di progetto

CONCLUSIONI

BIBLIOGRAFIA

L'ARTICOLO: "FULL STRENGTH DESIGN OF STEEL COLUMN BASE JOINTS: INFLUENCE OF MATERIAL VARIABILITY"

Introduzione

La finalità di questo lavoro è la valutazione dell’affidabilità dei criteri di progetto dei nodi di base a completo ripristino di resistenza, semirigidi, delle strutture in acciaio.

Mediante un’analisi probabilistica, che tiene conto dell’aleatorietà delle proprietà meccaniche dei materiali costituenti il nodo, viene verificata l’affidabilità del criterio di progetto suggerito dalle attuali norme europee. Viene quindi proposto un nuovo criterio di progetto, basato sulla valutazione del momento ultimo dei profili in acciaio desunta dalla letteratura scientifica, la cui affidabilità è stata verificata sempre mediante un’analisi probabilistica.

In particolare, nel Capitolo 3 viene illustrata una metodologia di progetto e verifica per i nodi di base non infissi (exposed), con piatti di base saldati all’estremità della colonna (base-plates) ed ancorati alla struttura di fondazione in calcestruzzo per mezzo di tirafondi disposti nella sola parte esterna alla colonna (extended) del piatto, con e senza piatti d’irrigidimento. Tale metodo, implementato in un foglio elettronico, consente la progettazione di nodi di base a completo ripristino di resistenza, secondo i differenti criteri di progetto considerati nel presente lavoro.

Nel Capitolo 5 viene quindi condotta l’analisi probabilistica attraverso una simulazione di Monte Carlo, con la generazione, per ogni nodo progettato deterministicamente, di una popolazione di nodi, aventi ciascuno valori differenti delle proprietà meccaniche degli elementi costituenti, generate a partire da riconosciute distribuzioni probabilistiche dei materiali.

Sulla base delle analisi statistiche sui campioni così generati, è stata riscontrata la non affidabilità del criterio di progetto secondo l’Eurocodice3 e l’affidabilità, invece, del criterio proposto, sia per la tipologia di nodi di base con irrigidimenti che senza irrigidimenti. Infine, è stato prorposto un ulteriore affinamento del criterio di progetto dei nodi di base con e senza irrigidimenti, correlando il coefficiente che tiene conto dell’aleatorietà dei materiali con lo spessore dei piatti.

Pagina web dedicata: www.sabatinodesimone.it/columnbases

"Sommario":

ANNO V

1. Fisica II - Ottica e Acustica

2. Organizzazione del Cantiere

Anno VI

3. Valutazione Economica dei Progetti

4. Progettazione Architettonica

5. Geotecnica

Anno VII

6. Disegno Edile

7. Recupero e Conservazione degli Edifici

8. Attività Progettuale Fisica II - Ottica e Acustica

9. Architettura Tecnica II

10. Attività Progettuale Progettazione Architettonica

11. Storia dell'Architettura

12. Scienza delle Costruzioni II

Anno VIII

13. Matematica IV

14. Idraulica II

15. Tecnica delle Costruzioni II

Anno IX

16. Termofisica dell'Edificio

17. Progetto di Strutture

18. Riabilitazione Strutturale

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ANNO V, semestre I

1. Fisica II - Ottica e Acustica, 29/30

Prima ancora di tagliare il traguardo di I Livello, ed anzi prima ancora di sostenere l'ultimo esame della Triennale, pensai di anticiparmi un po' le fatiche della Laurea Specialistica, intraprendendo questo corso durante un inverno caratterizzato da qualche nevicata in più rispetto alle consuete stagioni fredde di Fisciano, ameno luogo della Terra il cui tipico agente atmosferico è piuttosto l'instancabile rafficar del vento per quasi tutto l'anno. Ad ogni modo, sotto le mentite spoglie di "Fisica II" eccetera, si celava una sorta di corso il cui intento era di "apparare" (rimediare, ndr) le lacune che il tipico studente di Ingegneria dell'Università degli Studi di Salerno "matura" nei confronti di Matematica e Fisica a probabile cagione di sfoltimenti vari di programmi dei corsi per adattamento ai crediti, o di spezzettamento di argomenti in più esami rispetto all'oramai ancestrale Laurea Vecchio Ordinamento (vedi scissione di Analisi negli esami di Matematica I e II) che portano a casuali dispersioni di concetti, teoremi o assiomi vari in cui mai verranno quindi ad imbattersi i pavidi studenti di questo mio Campus-anto. Ad ogni modo, tra un timido incontro con i signori Campi, qualche impaccio nel calcolo di Integrali Elementari, qualche pietanza di Potenza Sonora e qualche contorno di Illuminotecnica, ecco che una cinquantina di avventurieri, ch'avevan schivato la Falce dello Sbarramento, realizzano di essere pressoché deficienti di Matematica e Fisica. Ma niente paura: il nostro Professore in questo corso multietnico e multiordinamentale ci rifocillerà le menti con ammicchi di Integrali, storie di Vettori, spuntini di Elettromagnetismo e colmi per le Onde: i nostri profili ne usciranno rinvigoriti e con un dopato spirito cerebrale ch'ognuno di noi esporrà, nel colloquio orale dinanzi a tutti, grazie ad una più o meno sfavillante Presentazione in Power Point su di un argomento tra l'Ottica, l'Acustica e le Onde, realizzata in gruppi di 2 o 3 studenti. Io ed il mio Commilitone delle Montagne ci occupammo dell'acustica di un salotto, ma un mio piccolo atto sovversivo ch'ebbe luogo agli albori di questo corso, in Ottobre, e di cui mi trovai a dover far rapporto proprio al Luogotenente di questo Corso, fece sì da fruttare il beffardo voto di 29 ad entrambi (era costume del nostro Mentore afferire lo stesso voto a tutti i membri di uno stesso gruppo). Il mio atto sovversivo, di cui ad ogni modo mai mi fui pentito, era un'azione di spam, direzionata a tutta la docenza di Fisciano, tramite un'e-mail in cui si osava gettare una qualche ombra sulle qualità degli studenti della mia Facoltà: "Ritratto della facoltà di ingegneria di Fisciano, secondo uno studente".