5 RIFERIMENTI NORMATIVI

5 RIFERIMENTI NORMATIVI

5.1 Metodi di analisi e classificazione delle sezioni

Le norme nazionali consentono, quando si considerino le azioni di calcolo definite nel Decreto Ministeriale del 16.01.96, di utilizzare un’analisi elastica; i metodi di verifica che è possibile utilizzare, in tal caso, sono sia il metodo delle tensioni ammissibili, sia quello semiprobabilistico agli stati limite.

Nel caso in cui si desideri effettuare un’analisi limite per formazione della prima cerniera plastica possono ancora essere impiegati entrambi i metodi di verifica citati, mentre, nel caso si voglia condurre l’analisi limite di collasso plastico la verifica può essere svolta solo mediante il metodo semiprobabilistico agli stati limite.

Poiché la scelta del tipo di analisi non può prescindere dalla capacità di resistenza e deformazione del profilo che si intende adottare, il punto 5.3 della UNI ENV 1993-1-1 tratta la classificazione delle sezioni trasversali in funzione del tipo di analisi globale che può essere impiegata. Quando si adotti l’analisi plastica globale, ad esempio, nelle membrature debbono potersi formare cerniere plastiche aventi sufficiente capacità rotazionale, così da consentire alle caratteristiche di sollecitazione di ridistribuirsi all’interno della struttura. Nel caso di analisi globale elastica, invece, può essere utilizzata una qualunque classe di sezione trasversale, a condizione, ovviamente, che si tenga in debito conto delle eventuali limitazioni alla resistenza delle sezioni trasversali dovute ai fenomeni di crisi locale, tipicamente l’imbozzamento; ciò si concretizza mettendo in conto le proprietà efficaci delle sezioni (prospetto 5.1).

Classe sezione Analisi strutturale Verifica

1 Globale elastica

Globale plastica

Campo elastico Campo plastico

2 Globale elastica Campo elastico

Campo plastico

3 Globale elastica Campo elastico

4 Globale elastica

(si deve mettere in conto l’effettiva sezione reagente)

Campo elastico (verifica Buckling)

Inoltre, secondo il punto 3.2.2.2 dell’Eurocodice 3, l’analisi plastica può essere usata, nello studio del comportamento globale della struttura o dei suoi elementi, a condizione che l’acciaio soddisfi i seguenti ulteriori requisiti:

• che il rapporto tra la resistenza minima a rottura per trazione, fu, e la resistenza minima

di snervamento, fy, soddisfi la condizione fu/fy ≥1.2;

• l’allungamento a rottura, definito considerando una lunghezza della base di riferimento pari a 5.65⋅ Ao (dove con Ao si è indicata l’area della sezione

trasversale originaria), non sia minore del 15%;

• il diagramma tensioni-deformazioni mostri una deformazione εu, corrispondente alla

resistenza a rottura per trazione, fu, almeno 20 volte superiore alla deformazione εy,

corrispondente alla resistenza di snervamento, fy.

Per la classificazione delle sezioni trasversali valgono le seguenti indicazioni:

Classe 1: comprende le sezioni trasversali in grado di sviluppare una cerniera plastica avente

la capacità rotazionale richiesta per l’analisi plastica (figura 5.1).

Il limite di accettabilità per la classe 1 è basato su una capacità di rotazione R, ovvero del rapporto tra la rotazione plastica disponibile e quella teorica elastica calcolata a livello del momento plastico, pari a 3.

La questione, tuttavia, per quanto concerne i profilati a sezione cava, è da considerarsi ancora aperta; i ricercatori Zhao e Hancock, ad esempio, raccomandano un valore di R pari a 4, dove:

R = 1 P − κ κ , in cui: P κ = EJ MP

EJ = rigidezza elastica della sezione MP = momento plastico della sezione

Classe 2: comprende le sezioni trasversali che, pur essendo in grado di sviluppare il proprio

Classe 3: comprende le sezioni trasversali per le quali, sebbene le tensioni nelle fibre esterne,

al lembo compresso della membratura, possano raggiungere la resistenza allo snervamento, l’instabilità locale impedisce lo sviluppo del momento resistente plastico (figura 5.1).

Classe 4: comprende le sezioni trasversali per le quali è necessario mettere esplicitamente in

conto gli effetti dell’instabilità locale, sia per determinare il loro momento resistente sia per la loro resistenza a compressione (figura 5.1).

(

κκκκ

/

κκκκ

Figura 5.1 - Diagramma M/MP - κ/κP

La classificazione di una sezione trasversale dipende dai rapporti dimensionali di ciascuno dei suoi elementi compressi, ovvero da tutti quegli elementi della sezione trasversale che, per la combinazione di carico considerata, risultano totalmente o parzialmente compressi. Essi, anche se costituenti la solita sezione trasversale (anima o ala), possono, in generale, appartenere a classi differenti. In tale caso la sezione trasversale è normalmente identificata mediante la più alta (più sfavorevole) classe dei suoi elementi compressi, oppure indicando sia quella dell’ala, sia quella dell’ anima. Dal punto di vista operativo, nel caso in cui la sezione trasversale risulti di classe 4, per tenere in debito conto della riduzione di resistenza dovuta agli effetti dell’instabilità locale possono essere usate le larghezze efficaci.

Nel prospetto 5.2 si riportano i rapporti dimensionali limite per gli elementi compressi delle classi 1, 2 e 3, ricordando che, qualora un elemento non soddisfi i limiti previsti per la classe 3 viene considerato appartenente alla classe 4.

5.2 Confronto tra normative

Alcuni codici, come l’AS 4100 e l’AISC LRFD, raggruppano le sezioni di classi 2 e 3 in una sola classe, comunemente definita come non-compatta. Secondo la definizione data dai codici AS 4100 e AISC LRFD, le sezioni “non-compatte” permettono di superare il momento di snervamento per giungere fino a quello plastico, ma non possono sostenerlo per rotazioni eccessivamente grandi.

Per evitare confusione, in questa tesi, verranno utilizzati i termini generici “Classe 1", "Classe 2", "Classe 3" e "Classe 4", per le diverse classi di sezioni.

Il prospetto 5.3 riassume la terminologia usata in alcuni dei codici più noti.

Specification

Eurocode 3 Class 1 Class 2 Class 3 Class 4

BS 5950 Plastic Compact Semi-Compact Slender

CSA S16.1

{

}

AS 4100 Compact Non-Compact Slender

AISC LRFD Compact Non-Compact Slender