Esercitazione

Esercitazione

Esercitazione_TRAVE RETICOLARE 3D Sap2000

Trave Reticolare 3D SAP2000

  1. ACAD 

Prima di tutto disegnamo su ACAD la struttura, facendo ben attenzione che ogni asta sia un elemento separato un modello di 2x2x2. Salvare il file di ACAD in DFX vs 2000.

IMPORTARE il file DFX in SAP2000

Apriamo SAP2000 e importiamo il modello creato in ACAD.  File-import-Autocad DXF.file.

Impostare l’unità di misura su KN,m,C e su DXF Import – Frames“TRAVE RETICOLARE”.

SAP potrebbe importare la struttura  con degli errori quindi per eliminarli selezionare tutta la struttura  - edit-edit points-merge points-merge tolerance 0.05

ASSEGNO UNA SEZIONE TUBOLARE ALLA STRUTTURA

Assegno alla struttura una sezione e un materiale – steel 

Ho bisogno di definire il peso proprio della struttura uguale a “zero” – define-load patterns-

ASSEGNO I VINCOLI ALLA STRUTTURA

Selezioniamo 3 nodi e assegnamo 2 carrelli e 1 cerniera facendo attenzione che essi non siano allineati.

ASSEGNO LE FORZE (  i carichi) ALLA STRUTTURA

Imposto il rilascio: i nodi della struttura sono delle cerniere ed essi non trasmettono momento, per SAP dobbiamo assegnare il rilascioall’inizio e alla fine delle aste, selezioniamo la struttura  e...

ANALISI DELLA STRUTTURA

La DEFORMATA

Le Reazioni vincolari in prossimità dei vincoli

Diagrammi dello Sforzo normale

Ho bisogno della tabella per verificare lo sforzo normale di ogni asta e calcolarmi la tensione su ognuna di essa.

Display-show tables

ESERCITAZIONE_IL GRATICCIO

Il graticcio è una struttura dove esiste una collaborazione tra due sistemi di travi non necessariamente ortogonali tra loro senza alcuna gerarchia (trave principale con trave secondaria). Le travi che lo compongono hanno lo stesso momento d’inerzia quindi la stessa sezione e materiale. I nodi sono tutti incastri e permettono il passaggio di momento e quindi il ripristino della continuità della trave. Il graticcio viene utilizzato per la copertura di grandi luci garantendo una rigidezza maggiore a parità di area d’influenza rispetto a un sistema di travi a sitema gerarchico poichè le risposte elastiche provocate dalla posizione del carico sulle aste si sommano.

Nel procedere con il risolvere l’esercizio con il metodo delle rigidezze dobbiamo tenere in mente il concetto che:

la forza si ripartisce in proporzione alla rigidezza degli elementi concorrenti.

 

Procederemo con i seguenti passi:

  • Analisi della struttura e delle variabili (spostamenti e rotazioni possibile che la struttura subisce)

  • Definizione delle equazioni di equilibrio

  • Determinazione delle incognite φ, δ 
  •  Verifica su SAP2000 e conclusioni.

 

Analisi della struttura e delle variabili:

 

Nello spazio 3D il nodo può  traslare e ruotare lungo le tre assi x,y,z quindi ha 6 gradi di libertà.

In questo caso esso viene considerato indeformabile lungo l’asse x ed y (Il nodo non può traslare in verticale ed orizzontale lungo le assi x, y) perchè provocherebbe un’accorciamento o allungamento delle aste inoltre una rotazione attorno all’asse “Z” non è possibile φz=0;

 

Soltanto una deformazione un abbassamento (δ) lungo l’asse Z  è permesso dovuto alla forza concentrata F.

abbiamo una rotazione attorno all’asse y in quanto la forza applicata al nodo nell’asta AC non è al centro ma ad 1/3 quindi la tangente alla deformata che si viene a formare non è orizzontale, creando una piccola rotazione dell’asta.

 

Nell’asta BD invece la forza applicata al nodo è nella mezzaria dell’asta e quindi la tangente è ortogonale alla deformata, avendo cosi una curvatura X=0

 

 

Le nostre nostre due incognite di spostamento sono:

•     abbassamento  δz

     rotazione φy

 

  •  Definizione delle equazioni di equilibrio 

Utilizzando il metodo la sovrapposizione degli effetti ci permetterà di analizzare separatamente come agiscono le nostre incognite di spostamento sulla struttura.

Analizziamo l’abbassamento δ

(Grazie agli schemi notevoli di una trave doppiamente incastrata possiamo ricavarci i valori di taglio e momento flettente)

 

 

Nella trave BD i momenti sono uguali e contrari quindi si annullano essi rappresentano un eventuale rotazione attorno all’asse “X” che abbiamo precedentemente stabilito che non ci fosse.

 

Cosa succede alla rotazione dell'asta AC lungo l’asse “Y” φy ?

 

(Grazie agli schemi notevoli di una trave doppiamente incastrata con una rotazione applicata ad un estremo, possiamo ricavarci valori del taglio e momento).

 

 

La flessione sulla trave AC provoca la torsione della trave BD come viene dimostrato nella figura seguente.

Il momento torcente (Mt) provoca due momenti torcenti uguali ed opposti (Mt)

 

Scriviamo le equazioni di equilibrio alla traslazione ( grazie alla sovvrapposizione degli effetti)

 

Scriviamo le equazioni di equilibrio alla rotazione ( grazie alla sovvrapposizione degli effetti)Scriviamo le equazioni di equilibrio alla rotazione ( grazie alla sovvrapposizione degli effetti).

 

 

Determinazione delle incognite φ, δ 

Cerchiamo un valore per δ:

 

Cerco un valore φy e determino le due incognite φy, δ 

 

 Verifica su SAP2000 e conclusioni

Lo scopo è quello di quantificare le variazione degli abbassamenti dovuti alla forza applicata al nodo e delle rispettive rotazioni e capire come variano le rigidezze torsionali in ragione del tipo di profilo (sezione) che viene utilizzato.

La struttura analizzata è un graticcio semplice formato da travi di lunghezza 6m ortogonali tra loro e incastrate nell’asta BD nel punto di mezzeria, mentre nell’asta AC a 1/3 della lunghezza, una forza F=30 KN applicata al nodo centrale.

PROFILO TRAVI: Calcestruzzo

sezione RETTANGOLARE  67x15cm

Q= 30 kN/mq  

E = 21 10⁶ kN/m²

I =bh³/12 = 0.15*(0.67)³/12 = 0.0037 m⁴

G =10.000 N/mm² = 10⁷ kN/m²

L = trave BD = trave AC = 6m

Jt = C₂ab³                      C₂=a/b  (altezza/base) = 0.67/0.15= 4.46 quindi C₂=0,281

= 0,281( 0.67)(0.15) ³ = 0,00064 m⁴

 

  1. Definisco la struttura ed assegno alla trave il materiale e la sezione (dettagli sopra)

2. Run Analysis

 

 

Verifica su SAP2000
Mantenendo costante il profilo della trave AC (l’asta soggetta a rigidezza flessionale) cambio piu’ volte quello della trave BD soggetta a torsione verificando gli effetti sulla ripartizione del carico F. Aumentando la rigidezza torsionale di conseguenza si alleggerisce quella flessionale.
Lo scopo è quello di quantificare le variazione degli abbassamenti dovuti alla forza applicata al nodo e delle rispettive rotazioni e capire come variano le rigidezze torsionali in ragione del tipo di profilo (sezione) che viene utilizzato.
La struttura analizzata è un graticcio semplice formato da travi di lunghezza  6m ortogonali tra loro e incastrate nell’asta BD nel punto di mezzeria, mentre nell’asta AC a 1/3 della lunghezza, con una forza F=10 KN applicata sul nodo centrale .
 
CALCESTRUZZO
sezione RETTANGOLARE  67x15cm
Q= 30 kN/mq  Ql²/2 = 15kN/mq
E = 21 10⁶ kN/m²
I =bh³/12 = 0.15*(0.67)³/12 = 0.0037 m⁴
G =10.000 N/mm² = 10⁷ kN/m²
L = trave BD = 3m; pilastro BC = 3m; trave BE = 1m;
Jt = C₂ab³                      C₂=a/b  (altezza/base) = 0.67/0.15= 4.46 quindi C₂=0,281
= 0,281( 0.67)(0.15) ³ = 0,00064 m⁴

 

 
Verifica su SAP2000
Mantenendo costante il profilo della trave AC (l’asta soggetta a rigidezza flessionale) cambio piu’ volte quello della trave BD soggetta a torsione verificando gli effetti sulla ripartizione del carico F. Aumentando la rigidezza torsionale di conseguenza si alleggerisce quella flessionale.
Lo scopo è quello di quantificare le variazione degli abbassamenti dovuti alla forza applicata al nodo e delle rispettive rotazioni e capire come variano le rigidezze torsionali in ragione del tipo di profilo (sezione) che viene utilizzato.
La struttura analizzata è un graticcio semplice formato da travi di lunghezza  6m ortogonali tra loro e incastrate nell’asta BD nel punto di mezzeria, mentre nell’asta AC a 1/3 della lunghezza, con una forza F=10 KN applicata sul nodo centrale .
 
CALCESTRUZZO
sezione RETTANGOLARE  67x15cm
Q= 30 kN/mq  Ql²/2 = 15kN/mq
E = 21 10⁶ kN/m²
I =bh³/12 = 0.15*(0.67)³/12 = 0.0037 m⁴
G =10.000 N/mm² = 10⁷ kN/m²
L = trave BD = 3m; pilastro BC = 3m; trave BE = 1m;
Jt = C₂ab³                      C₂=a/b  (altezza/base) = 0.67/0.15= 4.46 quindi C₂=0,281
= 0,281( 0.67)(0.15) ³ = 0,00064 m⁴

 

 

 

ES 01 A_Travatura reticolare 2D

 

 

SVOLGIMENTO DEL PRIMO ESERCIZIO SU SAP 2000:

La procedura è la stessa di quella illustrata più dettagliatamente nell'esercitazione successiva http://design.rootiers.it/strutture/node/96

 

1. Disegno il modello di trave che ho analizzato manualmente. File>New Model>2d trusses>"sloped truss".

2. Assegno un profilo alla struttura. Assign>frame>frame section>add new property>pipe. Outside diameter: 0,1 m ;  Wall thickness: 0,01

3. Assegno un carico da 40 KN su ciascun nodo superiore, ricordandomi di creare un pattern con peso proprio=0 

 

4. Impongo il rilascio del momento

5. Calcolo la deformata

6. Visualizzo le tabelle. Display>show tables>analysis results>ok. Mi interessano i dati relativi allo sforzo assiale ("Element forces-frames")

7. Importo la tabella relativa allo sfrozo assiale su Excel e calcolo la tensione  σ = N/A

GRATICCI

Esercitazione 6_Forze Orizzontali

Introduzione

Fino ad ora abbiamo sempre visto le strutture sottoposte ai carichi verticali perchè nel nostro immaginario sono le forze che riusciamo subito a vedere e capire. Ma nella progettazione delle strutture dobbiamo tener conto delle forze orizzontali che sono rappresentate dal vento e dal sisma. Perciò dovremmo progettare strutture che siano controventate per rispondere ai carichi orizzontali.

Step 1_Impalcato

Sottoponiamo la struttura in figura ad una forza orizzontale F che simuli l'effetto del sisma.

I pilastri 1-2-11-12 sono 70x50 mentre i restanti sono quadrati 70x70. Calcoliamo i momenti di inerzia (cm4)

 

Step 2_Rigidezza dei Telai

Tramite un foglio Excel ci calcoliamo la rigidezza dei telai che è data dalla somma delle rigidezze dei singoli pilastri.

 

Adesso ricapitoliamo le rigidezze dei telai con le distanze dal punto perchè ora calcoleremo il centro delle rigidezze e il centro delle masse.

 

Step 3_Centro delle Masse

Suddividendo l'impalcato in aree calcoliamo il centro delle masse. 

 

Step 4_Centro delle Rigidezze

Il centro delle rigidezze non dipende dalla geometria dell'impalcato ma dal posizionamento dei controventi. Per determinarne la posizione dobbiamo moltiplicare la rigidezza di ogni telaio per una distanza da un punto scelto e poi dividendo per la rigidezza totale.

Step 5_Analisi dei Carichi Sismici

 

Step 6_Verifica della distribuzione dei carichi sismici

Esercitazione 7_Rigidezza Torsionale

Introduzione

Fino ad ora abbiamo visto solamente strutture bidimensionali e non abbiamo mai tenuto conto degli effetti dei momenti flettenti sulla terza dimensione. Vogliamo quindi capire cosa accade se abbiamo una struttura che si sviluppa in X,Y,e Z come quella mostrata in figura.

 

Step_1: Struttura Equivalente

Dal momento che applichiamo un carico distribuito sulla mensola a sbalzo potremo semplificare il modello eliminando lo sbalzo e applicando al nodo un momento pari a qL2/2 e uno sforzo assiale pari a qL. 

Dal momento che il pilastro è molto più rigido assialmente possiamo non tener conto della deformazione assiale ma solo di quella flessionale. Quindi la deformazione sarà uguale in entrambe le aste soggette allo stesso sforzo flessionale. 

 

Step_2: Calcolo del Momento al nodo

Ora abbiamo le travi nel piano XZ che subiscono una flessione dal momento applicato che ruota intorno all'asse Y. Per calcolare il momento al nodo, avendo un momento applicato, utilizziamo il metodo delle rigidezze. Infatti una trave doppiamente incastrata con cedimento angolare come abbiamo studiato si comporta cosi:

Essendo le due aste di uguale materiale, forma, lunghezza e rigidezza avremo che: 

Step_4: Analisi della Torsione

Fin qui abbiamo studiato cosa succede al nodo nel piano XZ senza contare la terza asta che subisce una torsione.

Il momento torcente è = 

Perciò ora riscriveremo l'equilibrio al nodo aggiungendo il momento torcente:

 

Step_5: Verifica SAP

Su SAP ricostruiamo il modello e verifichiamo il comportamento a torsione dell'asta ipotizzandola con varie sezioni a parità d'area.

5.1 SEZIONE IPE

 

5.2 SEZIONE SCATOLARE

5.3 SEZIONE CIRCOLARE CAVA

 

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