ABSTRACT: Nella seguente esercitazione verrà esposto il modello della struttura a graticcio e gli effetti provocati dall'assenza di gerarchia fra gli elementi lineari che lo compongono. Si risolverà una semplice struttura a graticcio caratterizzata da un nodo a incastro che salda 4 travi a loro volta incastrate. Questa sarà didatticamente utile a comprendere strutture più generiche e relativamente complesse come la seguente.
NB l'aggiunta di appoggi intermedi incrementa le potenzialità meccaniche tuttavia non è strettamente legata ad una disposizione necessariamente regolare
In questa esercitazione si risolverà come accennato nella premessa la seguente struttura:
È necessario precisare che sebbene il nodo sia spaziale (deformabile in tutte le direzioni) esso viene considerato indeformabile assialmente dunque vx≡0 e vy≡0 per definizione.
Un'analisi preliminare ci porta anche ad eliminare il contributo della rotazione attorno l'asse z. Non vi sono infatti forze capaci di generare un momento attorno a quest'asse (φz=0).
Continuando a osservare il nodo possiamo valutare le sue sezioni lungo i piani xz e xy.
Da queste sezioni valutiamo che la rotazione lungo x per via della simmetria lungo il piano xz è φx=0. Al contrario si osserva la presenza di una freccia vz≠0 e della rotazione lungo y φy≠0. Per semplicità d'ora in avanti chiamerò vz=δ e φy=φ.
Noti gli schemi:
ed essendo il problema lineare, gli effetti possono essere sommati. Ragionando prima sulle azioni provocate dall'abbassamento e poi dalla rotazione del nodo saremo in grado di conoscere il comportamento complessivo ed individuare δ e φ.
ABBASSAMENTO
TORSIONE / ROTAZIONE
da queste l'equilibrio del nodo.
EQL ALLA TRASLAZIONE
F - 12EIδ/(l/2)3 - 12EIδ/(l/2)3 - 12EIδ/(l/3)3 - 24EIδ/(2l/3)3 - 6EIφ/(l/3)2 + 6EIφ/(2l/3)2= 0
EQL ALLA ROTAZIONE
6EIδ/(2l/3)2 - 6EIδ/(l/3)2 + 4EIφ/(l/3) +4EIφ/(2l/3) + GItφ/(l/2) + GItφ/(l/2) = 0
Razionaliziamo quest'ultima equazione:
φ(12EI/l + 6EI/l + 4GItφ/l ) + δ(-54EI/l2 - 27/2 . EI/l2) = 0
⇒φ(18EI + 4GItφ ).(EI/EI)/ l + δEI/l2(-81/2) = 0
⇒φ(18+ 4GItφ/EI )EI + δEI/l(-81/2) = 0, α = GIt/EI ⇒ φ(18+ 4α ) = 81/2 . δ/l
⇒δ/l=φ(36+8α)/81
Mentre la prima:
F - 192 EIδ/l3 - 324 EIδ/l3 - 81/2 . EI δ/l3 - 27/2 . EI φ/l2 + 54 EI φ/l2= 0
⇒Fl2/EI- 192 δ/l - 324 δ/l - 81/2 . δ/l - 27/2 . φ + 54 φ= 0
⇒Fl2/EI- 1113/2 . δ/l - 81/2 . φ = 0 ⇒Fl2/EI- 1113/2 . φ(36+8α)/81 - 81/2 . φ = 0
⇒Fl2/EI = 371/27 . (18+4α)φ - 81/2 . φ = φ (371.18/26 - 81/2 + 371.4/27α )
⇒ φ (1241/6 + 1486/27 GItφ/EI )= Fl2/EI
⇒ φ = Fl2 / (1241/6 EI + 1486/27 GIt )
Mentre:
δ= (Fl3 (36+8GIt/EI ) ) / (1241/6 EI + 1486/27 GIt )
con un profilo IPE200 e F=10KN, l=1m
h=0,2 m b=0,1 m
a=0,0056 m e=0,0085 m
I= 1,42 10-6 m4
It=5,164 10-8 m4
E=2,1 108 KN/m2
G=8 107 KN/m2
δ= 7.2 10-5 m, φ =1.6 10-4
Dalla deformata e i dati esportati da SAP2000 è così convalidata la bontà dei risultati: