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Il fenomeno della fatica nei ponti in acciaio a lastra ortotropa – seconda parte

Il fenomeno della fatica può essere causa di condizioni critiche in strutture soggette a carichi ciclici anche di bassa entità. Nel seguente articolo, verranno introdotti i ponti a lastra ortotropa e un metodo di verifica applicato a un caso studio

Ponti in acciaio a lastra ortotropa

La prima parte dell’articolo è sul fascicolo n° 149 Settembre/Ottobre 2021 a pag. 57 e online su https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/il-fenomeno-della-fatica-nei-ponti-in-acciaio-a-lastra-ortotropa-prima-parte/.

Il caso studio

Il caso studio consiste in un viadotto a tre campate, il cui impalcato è formato da un cassone unicellulare a lastra ortotropa con altezza variabile, da un minimo di 3 m in pila di giunto a un massimo di 5 m nella sezione di mezzeria della campata centrale (www.masera-eg.it).

Lo spiccato dalle fondazioni è oltre i 35 m in calcestruzzo strutturale (sezioni in Figura 15).

  • Sezioni longitudinale e trasversale del caso studio
    15-Le-sezioni-longitudinale-e-trasversale-del-caso-studio
    15. Le sezioni longitudinale e trasversale del caso studio
  • Sezione trasversale del caso studio (corsia lenta)
    16-La-sezione-trasversale-del-caso-studio
    16. La sezione trasversale del caso studio (corsia lenta)
  • Diffusione dei carichi concentrati negli impalcati a piastra ortotropa
    17-La-diffusione-dei-carichi-concentrati-negli-impalcati-a-piastra-ortotropa
    17. La diffusione dei carichi concentrati negli impalcati a piastra ortotropa [8]

Il modello FEM

Per la valutazione delle tensioni indotte dai modelli di carico a fatica 1 e 4 viene presa in considerazione la diffusione verticale (Figura 17), attraverso lo strato di pavimentazione e della lamiera della lastra ortotropa, del carico concentrato trasferito dall’impronta dei veicoli convenzionali. Il modello agli elementi finiti è ottenuto con il programma Midas GEN, tramite elementi plate, nelle Figure dalla 18 alla 21.

Dal modello FEM, sono estrapolate due sezioni per effettuare le verifiche a fatica, corrispondenti ai dettagli 71 (tra rib e lamiera) e 80 (tra rib e trasverso) dell’Eurocodice. La mesh degli elementi plate è ottenuta con il software Midas FEA NX. La condizione di vincolo consiste in una cerniera e un carrello alla base.

  • Modello globale su Midas GEN
    18-Il-modello-globale-su-Midas-GEN
    18. Il modello globale su Midas GEN
  • Mesh del rib-trasversale (dettagli 71 e 80)
    19-La-Mesh-del-rib-trasversale
    19. La Mesh del rib-trasversale (dettagli 71 e 80)
  • Dettaglio del diaframma della sezione trasversale
    20-Un-dettaglio-del-diaframma-della-sezione-trasversale
    20. Un dettaglio del diaframma della sezione trasversale
  • Carico agente sulla corsia lenta
    21-Il-carico-agente-sulla-corsia-lenta
    21. Il carico agente sulla corsia lenta
La combinazione delle azioni

Per il calcolo della massima variazione di tensione, secondo il §6.8.3 del EN1992-1-1 [9], si devono considerare:

  • combinazione di base delle azioni che non inducono cicli di fatica (SLE Frequente):

formula 9

  • combinazione ciclica delle azioni che inducono fatica:

formula 10

I risultati

Il Δσ è determinato dalla differenza tra le tensioni presenti durante il transito dei veicoli sulla corsia lenta (modello di fatica 2 per verifiche a vita illimitata e del modello di fatica 4 per le verifiche a danneggiamento) e le tensioni causate dalle azioni permanenti agenti sull’impalcato.

I due dettagli analizzati presentano uno stato tensionale che non permette una resistenza a vita infinita a fatica, la quale infatti viene raggiunta dopo un certo numero di cicli NS-N.

  • Sollecitazioni agenti sui dettagli 80 e 71
    22-Le-sollecitazioni-agenti-sui-dettagli-80-e-71
    22. Le sollecitazioni agenti sui dettagli 80 e 71
  • Calcolo della vita a fatica dei dettagli
    23-Il-calcolo-della-vita-a-fatica-dei-dettagli
    23. Il calcolo della vita a fatica dei dettagli

Conclusioni

Nel presente articolo è stato presentato il fenomeno della fatica inerente i ponti a lastra ortotropa, con un dettaglio particolare all’approccio normativo suggerito dall’Eurocodice 3.

Dopo una breve introduzione, dove sono state discusse le problematiche legate alle azioni cicliche agenti su impalcati ortotropi, sono stati riportati i richiami teorici necessari al calcolo della resistenza a fatica e livello di danneggiamento.

Prossimamente verrà presentato un caso studio di ponte a lastra ortotropa, modellato agli elementi finiti e successivamente verificato nella sua resistenza a fatica.

Spostamenti sotto l’azione del peso proprio
24. Gli spostamenti sotto l’azione del peso proprio

Bibliografia

[9]. Eurocodice 3 – Progettazione delle strutture di acciaio, Parte 2 (UNI EN 1993-2): Ponti di acciaio, anno 2007.

La prima parte dell’articolo è sul fascicolo n° 149 Settembre/Ottobre 2021 a pag. 57 e online su https://www.stradeeautostrade.it/ponti-e-viadotti/il-fenomeno-della-fatica-nei-ponti-in-acciaio-a-lastra-ortotropa-prima-parte/.

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