1 INTRODUZIONE
Negli ultimi anni l’impiego delle sezioni strutturali cave in acciaio, comunemente indicate con la sigla HSS (dal termine inglese Hollow Structural Sections), sta acquistando un ruolo sempre più importante nella realizzazione di opere di ingegneria civile. Questa tipologia strutturale è particolarmente apprezzata perché permette di associare alle buone caratteristiche meccaniche, che garantiscono ottime prestazioni in termini sia di resistenza sia di rigidezza, ottime qualità funzionali ed estetiche.
In generale, poiché il loro costo di produzione risulta maggiore dei tradizionali profilati a caldo a sezione aperta, il loro utilizzo, per il momento, è stato rivolto essenzialmente alla realizzazione di opere di una certa importanza. Nel complesso quadro economico che caratterizza la costruzione e il mantenimento in esercizio di una struttura metallica, infatti, le sezioni cave, seppure contraddistinte da un costo di produzione maggiore, sono dotate di tutta una serie di caratteristiche positive che le rendono competitive rispetto alle tipologie concorrenti. Tra queste, sono da citare la loro elevata rigidezza torsionale, in grado di limitare il bisogno di controventamenti laterali, e la minore estensione, per unità di lunghezza, della loro superficie esterna, così da consentire una riduzione delle spese di verniciatura e un sensibile miglioramento delle prestazioni strutturali nei confronti della resistenza al fuoco.
Tra gli aspetti che in qualche modo hanno rallentato e, talvolta, ostacolato il diffondersi di tale tipologia costruttiva una certa rilevanza è da attribuire alla scarsa conoscenza del comportamento strutturale che questi elementi hanno in prossimità del collasso.
La filosofia che sta alla base della moderna progettazione delle strutture metalliche, infatti, richiede la comprensione del comportamento delle sezioni strutturali al di là del tradizionale limite elastico, in modo che possano essere sfruttate al meglio, mediante la cosiddetta analisi plastica, le riserve del materiale e, conseguentemente, si possa trarre il massimo vantaggio dal punto di vista economico. In particolare, per un corretto utilizzo dell’analisi in campo plastico è richiesto che la sezione trasversale del profilo possegga un certo grado di duttilità e capacità di rotazione. Questi requisiti sono da considerarsi essenziali nella progettazione antisismica in cui assume rilevante importanza, al fine di limitare gli effetti del sisma, anche la capacità dissipativa delle strutture e quindi degli elementi da cui essa è costituita.
La scarsa conoscenza del comportamento post-elastico delle sezioni tubolari, unita alla constatazione che alcune sezioni hanno dimostrato, in alcuni casi, di non soddisfare del tutto i
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requisiti di duttilità normalmente richiesti, ha fatto si che alcune normative ne limitassero o addirittura impedissero l’impiego nel caso di utilizzo dell’analisi plastica delle strutture.
Al fine di estendere le conoscenze, sia teoriche sia sperimentali, del comportamento meccanico dei profili cavi a sezione quadrata e rettangolare, convenzionalmente indicati con le sigle SHS (Square Hollow Section) e RHS (Rectangular Hollow Section), da alcuni anni è in corso una ricerca finanziata dalla Comunità Economica Europea e coordinata dal VTT (Building and Transport, Finlandia), alla quale partecipano, oltre alle Università di Navarra (Spagna), di Karlsruhe (Germania) e di Lappeenranta (Finlandia), anche il Dipartimento di Ingegneria Strutturale dell'Università di Pisa.
La presente tesi si inserisce nel contesto di tale ricerca e, partendo da un’analisi critica dello stato dell’arte, si propone di esplorare, e quindi individuare, i limiti di applicabilità dell’analisi plastica alle strutture realizzate con sezioni rettangolari cave formate a freddo, CFRHS (Cold Formed Rectangular Hollow Section).
Nella prima parte della tesi, una volta illustrati gli aspetti tecnologici legati alla realizzazione dei profilati tubolari e la loro influenza sulle proprietà meccaniche, sono richiamati i riferimenti normativi (Eurocodice 3, AS4100, AISC LRFD), insieme alle procedure di calcolo da seguire nella progettazione in campo plastico.
Successivamente, ampio spazio è lasciato sia alla descrizione delle modalità di esecuzione della prove di flessione, con particolare riferimento ai risultati ottenuti in termini di curve momento-rotazione, sia all’elaborazione dei dati rilevati dalla stessa campagna sperimentale.
Il confronto tra le osservazioni sperimentali, i risultati forniti dall’utilizzo di un modello teorico del meccanismo di collasso, quale quello proposto da Kecman, e le indicazioni normative, ha permesso di giungere ad importanti conclusioni, soprattutto in riguardo all’influenza che le snellezze degli elementi piani che costituiscono i profili CFRHS hanno sulla capacità di rotazione degli stessi e quindi alla loro possibilità di impiego nella progettazione plastica.
In particolare, si è individuata una formulazione semplice in grado di fornire una buona stima della capacità di rotazione dei profili RHS, in funzione delle snellezze di flangia e anima;
infine, si propone un nuovo dominio dei profili di classe 1 che tiene conto dell’interazione delle snellezze di flangia e anima.
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