Le condizioni di vincolo nelle travi composte acciaio-calcestruzzo

Si propone un modello meccanico di trave composta acciaio-calcestruzzo in grado di cogliere gli effetti di condizioni di vincolo diverse per i due materiali. La connessione è considerata deformabile in senso longitudinale e trasversale. Il modello è applicato alle travi a soletta continua. Sono studiati l’effetto di una riduzione della connessione nella zona prossima al vincolo di continuità e il comportamento a lungo termine.

Nelle travi composte, l’ipotesi di uguaglianza delle curvature e di assenza di distacchi(uplift) in senso trasversale fra le due parti della sezione collegate fra loro dalla connessione, basata sulla formulazione di Newmark [1], conduce generalmente a risultati sufficientemente precisi dal punto di vista ingegneristico. La deformazione in senso traversale della connessione, in particolare, assume nei casi correnti valori trascurabili. Tale ipotesi, inoltre, offre il vantaggio di dare luogo ad un modello lineare, per il quale si possono trovare, sotto determinate condizioni, soluzioni in forma chiusa (E. Cosenza e S. Mazzolani [2], [3]). A partire dalla formulazione lineare, il modello di Newmark è stato esteso alla simulazione del comportamento non lineare di materiali e connessione [4] ed alla valutazione degli effetti del comportamento reologico del calcestruzzo [5]. Numerosi autori hanno inoltre impiegato tale modello per la costruzione di un elemento finito specifico per la trave composta. I primi tentativi di fornire una formulazione più rigorosa del problema si devono ad Adekola [5][6][7], e successivamente ad Aribert e ai suoi collaboratori [8][9][10]. Recentemente una formulazione completa del problema è stata proposta in [11]. La formulazione di modelli più complessi ha permesso di indagare aspetti specifici del comportamento strutturale, come l’influenza dello shear-lage l’interazione fra deformabilità della connessione, viscosità e ritiro nel calcestruzzo. La complessità di queste formulazioni le rende orientate verso l’implementazione nell’ambito del metodo degli elementi finiti. In Sassone [12], [13] e successivamente in Sassone et al. [14] l’attenzione si è rivolta sull’effetto che le condizioni di vincolo d’estremità hanno sul comportamento globale della trave, in particolare quando tali condizioni non soddisfano l’ipotesi di Newmark (assenza di deformazioni trasversali della connessione). In queste circostanze, quando la distribuzione degli sforzi esterni sulle sezioni d’estremità della trave corrisponde alla distribuzione teorica, la soluzione deve necessariamente prevedere una deformazione trasversale, in modo da garantire la congruenza e l’equilibrio di tali sezioni d’estremità. Dal momento che la teoria di De Saint Venant non è rispettata nelle travi composte, tali effetti “di bordo” non sono limitati alla cosiddetta distanza di estinzione, ma coinvolgono il regime complessivo della trave. Una situazione di questo tipo si verifica, ad esempio, quando una soletta continua di calcestruzzo armato viene solidarizzata ad una serie di travi metalliche libere di ruotare alle estremità, come nel caso di travi incernierate nei nodi trave-pilastro. In questo caso, infatti, si ha trasmissione di momento nella parte in calcestruzzo armato e assenza di tensioni normali nella parte in acciaio. In questo articolo si descrive un modello meccanico della trave composta acciaio-calcestruzzo in grado di cogliere gli effetti di condizioni di vincolo diverse per i due materiali, considerando anche la deformabilità della connessione in direzione trasversale. Al modello viene associata una procedura di risoluzione numerica alle differenze finite, nella quale la non linearità dovuta al comportamento unilatero è trattata con il metodo di Newton-Raphson. La formulazione del modello è poi ampliata includendo il comportamento viscoelastico del calcestruzzo, attraverso l’introduzione del legame costitutivo integrale e la corrispondente risoluzione numerica. Il modello è applicato ad una trave composta con condizioni di vincolo dei profili in acciaio e della soletta in calcestruzzo diverse fra loro. In particolare viene indagata la situazione con parte metallica incernierata e soletta continua, che corrisponde al caso applicativo più frequente, nelle condizioni di esercizio. Il modello ha permesso di valutare l’efficacia di un dispositivo di annullamento della connessione nelle zone terminali della trave, nell’attenuare gli stati di sollecitazione locali indotti dai vincoli.

Articolo tratto da Costruzioni Metalliche n. 2 - 2013