La scelta di un software per i calcoli idraulici dipende dalle esigenze specifiche e dal livello di competenza dell'utente. Per gli studenti, l'Hydraulic Blockset di Simulink rappresenta un'ottima opzione, grazie alla sua completezza e alle funzionalità avanzate.
PipeFlow Expert è un'alternativa più economica, ideale per calcolare i singoli rami di un sistema idraulico. La tesi di dottorato a questo link mette a confronto Automation Studio e Amesim.
Analisi Strutturale con SAP2000
Oggi impareremo a verificare se una struttura è ISOSTATICA e a calcolarla con il metodo delle SEZIONI DI RITTER! Adesso calcoliamo le reazioni vincolari esterne della struttura. Abbiamo una cerniera che porta una reazione verticale (Rva) e una orizzontale (Rua) e un carrello che porta una reazione verticale (Rvb). Ipotizzo i versi delle aste tagliate (le ipotizzo tese) e calcolo le reazioni vincolari, nel momento in cui otterrò dei risultati negativi, significa che avevo ipotizzato il verso sbagliato nella struttura! Faccio l’equilibrio alla rotazione nel nodo C , in modo da avere solo una reazione da calcolare. L’asta B-Dche avevo ipotizzato tesa, in realtà è compressa. Ho risolto tutte le incognite delle aste! Ho risolto in questo modo la mia struttura calcolandola con il metodo delle sezioni di Ritter!
Adesso analizziamo la struttura utilizzando il programma di calcolo SAP2000. Per i vincoli faccio click con il tasto destro, metto in evidenza il nodo interessato e tramite assign ->Joint ->Restaints assegno un carrello e una cerniera (indicate dai relativi simboli). I carichi puntuali vanno invece definiti prima da define ->load patterns e vanno aggiunti agli altri carichi. A questo punto li metto in evidenza e li assegno tramite Assign ->Joint Loads ->Forces. Per assegnare il verso della forza dobbiamo mettere il segno meno davanti al carico che assegniamo, ed avremo carichi gravitazionali verso il basso.
Per calcolarla dobbiamo fare click su Run Analysis e fare ilRun solo dei carichi concentrati che abbiamo impostato noi! I carichi Dead e Modal devono essere impostati su Do Not Run. 3+11 = 2*7 è verificato! La struttura è ISOSTATICA! Adesso calcoliamo le reazioni vincolari esterne della struttura. Abbiamo una cerniera che porta una reazione verticale (RvB) e una orizzontale (RuB) e un carrello che porta una reazione orizzontale (RuH). N.B:Vale la regola di prima! ∑ Fy=0 -> N11*√2/2=0 Asta scarica! ∑ Fx=0 -> N2*√2/2-30KN+10KN=0 -> N2 = 20√2KN Asta compressa! Ho risolto in questo modo la mia struttura calcolandola con il metodo dei nodi!
Questa volta al carrello dobbiamo bloccare la traslazione lungo l’asse X! Infatti al posto del solito carrello apparirà un asterisco! I carichi puntuali vanno invece definiti prima da define ->load patterns e vanno aggiunti agli altri carichi. A questo punto li metto in evidenza e li assegno tramite Assign ->Joint Loads ->Forces. Per assegnare il verso della forza dobbiamo mettere il segno meno davanti al carico che assegniamo, ed avremo carichi gravitazionali verso il basso; in questo caso -10KN. Avendo una trave reticolare, dobbiamo impostare sforzi assiali puri! Per calcolarla dobbiamo fare click su Run Analysis e fare ilRun solo dei carichi concentrati che abbiamo impostato noi! I carichi Dead e Modal devono essere impostati su Do Not Run.
Analisi di un Portale con Cerniera e Carico Distribuito
Analizziamo un portale con una cerniera e un carico distribuito. ABBIAMO UNA STRUTTURA IPERSTATICA!!!! Perché…. IL NUMERO DI GRADI DI VINCOLO E’ MAGGIORE DEL NUMERO DI GRADI DI LIBERTA’! Niente pauraaa! Ora divido la struttura in due parti perché mi servono altre informazioni per risolvere la struttura. Possiamo subito trovare f e sostituire perché siamo sull’asta orizzontale. Gli spigoli portano discontinuità delle azioni di contatto! Quello che nell’asta verticale è un reazione verticale, sull’asta orizzontale diventa sforzo normale.
Adesso pongo tutte le reazioni nel sistema e mi assicuro che tutto sia in equilibrio! Il diagramma della normale è costante poiché non vi sono carichi distribuiti che gravano assialmente sulle aste. Il diagramma del taglio risulta costante per tutta la struttura tranne nel tratto verticale di sinistra dove abbiamo il carico distribuito. In questo caso il taglio diventa lineare (una retta in parole povere! Il momento integra la funzione del taglio. (sale di un grado: x=x2). Dobbiamo inoltre ricordarci che quando il momento è massimo, il taglio è nullo e viceversa.
Dobbiamo ricordarci che questa volta il carico è distribuito e non puntuale. Dopo aver inserito il carico tramite define ->load patterns , assegno il carico distribuito tramite Assign ->Frame Loads -> Distribuited. Cosa importante! Come faccio a far riconoscere a Sap la cerniera???? Dopo aver inserito la cerniera, seleziono una volta l’asta orizzontale di sinistra e vado su Assign ->Frame Relases e spunto per il momento33 end; poi ripeto la stessa cosa per l’asta a destra della cerniera e questa volta però spunto start.
Portale con Cerniera e Carico Puntuale
Analizziamo un portale con una cerniera e un carico puntuale. Anche in questo caso possiamo ricondurre questa struttura iperstatica ad una isostatica facendo il calcolo delle reazioni verticali considerando la struttura come un corpo unico! Notiamo in questo caso che la struttura essendo simmetrica mi permette di dividere la forza F verticale in due forze che si dividono quel carico in modo uguale e contrario! Ora spezzo la struttura in due parti perché mi servono altre informazioni per risolvere la struttura. Adesso pongo tutte le reazioni nel sistema e mi assicuro che tutto sia in equilibrio!
Ho svolto subito i calcoli con SAP2000 ricordando che per assegnare il carico puntuale vado su Assign ->Joint Loads ->Forces. Il diagramma del taglio risulta costante per tutta la struttura tranne nel tratto orizzontale dove abbiamo la forza concentrata.
Dimensionamento di una Trave con Diversi Materiali
Per questa esercitazione dimensioneremo una trave con tre diversi materiali da costruzione: LEGNO, ACCIAIO e CALCESTRUZZO. Ho preso come impalcato di riferimento l’abitazione unifamiliare progettata per il Laboratorio di Progettazione1. Abbiamo una parte dell’impalcato coperta da una terrazza corrispondente ai pilastri B2 -B3 e C2 -C3 e una parte che prevede il piano superiore del duplex. La trave presa in esame ha una luce di 4,7m e un interasse di 4,84m. L’area di influenza (ovvero il carico che la trave dovrà sopportare) sarà pari a metà dell’interasse a destra della trave in esame e metà sinistra per tutta la luce. Questo dato è stato preso dalle NTC (d.m. Nel nostro caso l’impalcato risulta una trave doppiamente appoggiata con un carico QTOT.
Legno
Per il legno dobbiamo calcolare sia i travetti che la trave principale (in legno lamellare) per capire quale sarà la dimensione della nostra trave. Per calcolare il nostro travetto, consideriamo la luce con la campata maggiore. Abbiamo una luce di 5,5 m (campata maggiore, pilastri A1-B1) e un interasse dei travetti di 0,50 m. Adesso inserisco questi dati nel foglio Excel per trovare il carico totale e procedere con il dimensionamento dei travetti. Inserisco i valori dei tre carichi e quello dell’interasse. A questo punto devo calcolare il momento massimo ricordandoci che stiamo calcolando una trave doppiamente appoggiata. Kmodè il coefficiente correttivo che tiene conto della durata del tempo e dell’umidità della struttura. Ipotizzando la base 30 cm avremo un’altezza pari a 33,86cm che quindi può essere approssimata a 35cm.
Acciaio
Per l’acciaio dobbiamo calcolare la IPE secondaria e capire quale sarà la dimensione della trave principale. Per calcolare il nostro travetto, consideriamo la luce con la campata maggiore. Abbiamo una luce di 5,5 m e un interasse dei travetti di 1 m. Adesso inserisco questi dati nel foglio Excel per trovare il carico totale e procedere con il dimensionamento dei travetti. Inserisco i valori dei tre carichi e quello dell’interasse. A questo punto devo calcolare il momento massimo ricordandoci che stiamo calcolando una trave doppiamente appoggiata. Per progettare le dimensioni del mio travetto utilizzo la seguente tabella con le classi di resistenza per l’acciaio appartenenti al primo gruppo che prevedono acciai non legati, cioè privi di altri metalli nella composizione della lega. Ottenuto questo valore, vado sul profilario delle IPE e cerco nella colonna del modulo di resistenza Wx un valore uguale o superiore a quello che ho ottenuto. Non si supera il valore di 109cmc, il nostro travetto è dimensionato correttamente! Non si supera il valore di 429cmc, la trave è dimensionata correttamente!
Calcestruzzo
Per il calcestruzzo dobbiamo calcolare la trave principale. Il carico è dato dalla somma delle Pignatte (16 cm) + Caldana (4cm) tenendo conto della luce del solaio. Il calcestruzzo presenta anche delle classi di resistenza cilindrica (che si riferiscono ai test fatti in laboratorio sui provini cilindrici e cubici). Le classi più usate sono la C20/25, C60/75 e la C40/50 come nel nostro caso. Quindi se inizialmente potevo ipotizzare una trave alta 35cm, con il copri ferro, devo ipotizzare una trave di 40 cm per stare in sicurezza.
Il Legno Lamellare: Caratteristiche e Processo Produttivo
Le caratteristiche tecniche del prodotto finito dipendono dal materiale di base. Qualsiasi tipo di legname può essere potenzialmente utilizzato per tale tecnologia, anche se scelte tecnico-economiche indirizzano, di fatto, l’industria produttrice all’uso di legnami facilmente reperibili, incollabili e meno costosi, compatibilmente ai requisiti richiesti. L’essicazione è l’operazione tesa a ottenere quel grado di umidità del legno compatibile col tipo di colla e, soprattutto, confacente alla destinazione delle strutture. Generalmente essa deve essere compresa fra il 7 e il 16%. Fra due lamelle successive però la differenza di umidità non deve superare il 4%. Gli impianti per la produzione del lamellare dispongono di essiccatoi. Il legname è messo nelle celle di essiccazione e portato al grado di umidità necessario alla lavorazione ed alla resistenza richiesta. Dopo l’essicazione, poiché il tasso di umidità non è regolare all’interno di una stessa lamella, essendo più basso in periferia che al centro, le lamelle vengono lasciate riposare per due, tre giorni all’interno dello stabilimento prima di essere portate alla linea di lavorazione.
Prima della giuntatura le tavole subiscono un controllo dell’umidità e della difettosità , più o meno automatizzato a seconda dell’azienda, il quale porta all’eliminazione dei difetti più gravi e delle eventuali sacche di umidità . La verifica dell’umidità avviene sulle lamelle prima della loro intestazione per mezzo di test selezionatore tipo passa-non passa. Se l’umidità rilevata nelle lamelle è compresa fra i limiti prefissati, un segnale verde consente il proseguimento delle operazioni, altrimenti il segnale rosso lo arresta fino alla rimozione del pezzo fuori controllo. Le condizioni ambientali, invece, sono costantemente registrate su apposite carte che segnalano eventuali anomalie, evidenziando i valori che superano i limiti inferiori e superiori delle bande di controllo. Contemporaneamente al controllo dell’umidità delle lamelle, viene effettuato quello visivo degli eventuali difetti del legno, come per esempio l’eccessivo numero di nodi, imbarcamenti, inclinazione delle fibre, cipollature, ecc. e vengono tagliate le estremità delle assi, eliminando screpolature e fessurazioni di testa.
Per realizzare elementi strutturali di lunghezza maggiore della singola tavola o asse sono necessari giunzioni di testa. Le tavole così composte vengono piallate, in modo da offrire superfici piane in vista dell’incollaggio delle facce delle tavole per la successiva formazione della trave. Questo tipo di operazione, unitamente alla calibratura attraverso la quale si ottengono tavole di spessore costante, evita l’instaurarsi di tensioni che possono dare luogo alla formazione di cretti durante la pressatura. Inoltre la piallatura consente di ottenere superfici lisce, requisito molto importante in fase di incollaggio.
Le colle e le operazioni di incollaggio costituiscono una fra le operazioni più importanti e delicate dal punto di vista operativo e tecnologico. Gli incollanti devono instaurare legami intermolecolari fra la colla stessa e le sostanze che costituiscono il legno, cioè le fibre di cellulosa e lignina, in modo da garantire, nel piano di incollaggio, lo stesso legame della corrispondente essenza legnosa. Le resistenze fisico-meccaniche del collante devono essere almeno eguali a quelle del legno, in modo che i piani di incollaggio non siano piani preferenziali di rottura. Per realizzare l’incollaggio fra le lamelle bisogna sottoporre l’elemento strutturale a una pressione il più possibile uniforme; tale operazione viene effettuata in apposite presse. Le presse sono costituite da una struttura fissa sulla quale si fa agire un meccanismo di pressatura costituito normalment...
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