Periodo:l
lezioni: 4 esercitazioni: 4 (ore settimanali)
Alessandro DE STEFANO(collab.: Rosario Ceravolo, Donato Sabia)
PRESENTAZIONE DEL CORSO
Il corso intende fornire gli strumenti metodologici e operativi per affrontare la progettazione e l'analisi di strutture, a tipologia corrente, in zona sismica. Una prima parte del corsoè dedicata alla comprensione e allo studio delle procedure di calcolo e misura della risposta dinamica delle strutture. Tale tema costituisce base culturale e propedeutica fondamentale per gli argo-menti successivi.
La parte del corso propriamente dedicata all'ingegneria sismica è a sua volta suddivisa in due capitoli diversi e sostanzialmente indipendenti. Nel primo si trattano i fondamenti della sismo-logia applicata e si affronta la valutazione del rischio sismico su scala territoriale. Nel secondo si affrontailtema dell'analisi e del progetto di singole strutture nell'ambito del quadro norma-tivo nazionale e internazionale, dedicando attenzione alle conseguenze comparate dell'applica-zione di una o dell'altra norma.
REQUISITI
Il corso richiede una preventiva conoscenza degli argomenti dei corsi di base dell'ingegneria strutturale(Scienza delle costruzioni1 eTecnica delle costruzioni1).Èauspicabile la conoscenza dei contenuti dei corsi diScienza delle costruzioni2 e soprattutto diCostruzioni in cemento armato,ove si tratta diffusamenteilmetodo di verifica agli stati limite, ampiamente richiamato dalle nor-mative internazionali.
Alcuni argomenti di matematica sono richiamati nell'ambito del corso, tuttaviailcompito degli allievi è ampiamente facilitato dalla frequenza del corso diCalcolo numerico
PROGRAMMA
Parte 1. Dinamica strutturale - Equazioni generali della dinamica.
Equilibrio diretto: equazione di D'Alambert.
Approcci di tipo energetico: equazione di Lagrange e teorema dei lavori virtuali.
Metodi variazionali basati sulla ricerca del percorso di minima energia: teorema di Hamilton.
- Oscillatore semplice.
Equilibrio dinamico vettoriale.
Risposta dell'oscillatore lineare smorzato a eccitazione armonica, periodica e oscillante aperio-dica: analisi nel dominio della frequenza e del tempo.
Risposta dinamica su eccitazione casuale: correlazione e covarianza temporale; densità di potenza spettrale; funzioni di trasferimento ingresso - risposta.
Valutazione sperimentale dello smorzamento.
Smorzamenti non viscosi.
- Dinamica dei sistemi strutturali discretizzati.
Formulazioni di modelli FEM lineari partendo dal teorema dei lavori virtuali.
Costruzione delle matrici di rigidezza e massa in forma discreta (lumped) e distribuita (consi-stent).
- Analisi modale.
Sistemi monodimensionali continui.
Sistemi discretizzati con smorzamento convenzionale e non-convenzionale.
Cenni di analisi modale sperimentale.
- Risposta dinamica dei sistemi non lineari.
Analisi nel dominio del tempo con integrazione al passo.
Parte 2. Ingegneria sismica.
- Elementi di sismologia applicata.
Valutazione del rischio sisrrnco.
Intensità,magnitudo,leggi di attenuazione e scale sismiche.
Stima della pericolosità del sito su base geotettonica (metodo di Comell).
Stima della pericolosità del sito su base storica.
Analisi di vulnerabilità.
- Analisi strutturale.
Analisi statica equivalente.
Analisi modale tridimensionale e calcolo dei coefficienti di partecipazione.
Scelta del terremoto di progetto.
Analisi modale applicata alla risposta sismica mediante integrazione nel tempo con terremoto simulato.
Analisi modale applicata alla risposta sismica mediante spettro di risposta.
Analisi modale applicata alla risposta sismica mediante funzione di trasferimento e densità spettrale di potenza del terremoto.
- Applicazione comparata delle norme sismiche (DM e ECS).
Applicazione dello spettro di risposta all'oscillatore elasto-plastico.
Verifica elastica agli stati limite.
- Dettagli costruttivi e criteri generali di progetto.
Strutture in acciaio.
Strutture in cemento armato.
Strutture in muratura.
- Cenni su riparazione e adeguamento di strutture di varie tipologie.
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI
Le esercitazioni sono strettamente correlate alle lezioni e prevedono, in larga misura, lavori applicativi eseguiti dagli studenti con l'assistenza e la supervisione del docente e dei collabora-tori. Le esercitazioni svolte sono raccolte in un elaborato valutato in sede di esame. Gli argo-menti di esercitazione sono i seguenti:
Richiami di matematica.[lO ore]
1. Algebra complessa.
2. Equazioni differenziali.
3. Calcolo operazionale (trasformata di Fourier).
4. Elementi di statistica.
Dinamica struttura/e.
Oscillatore semplice.[14 ore]
1. Risposta ad eccitazione periodica.
2. Risposta ad eccitazione impulsiva.
3. Risposta ad eccitazione aleatoria isolamento dalle vibrazioni prodotte da macchine.
Analisi moda/e.[6 ore]
1. Applicazione su struttura intelaiata a masse concentrate.
2. Applicazione su struttura a mensola con massa concentrata e distribuita.
Ingegneria sismica.
Analisi struttura/e.[30 ore]
1. Analisi statica equivalente su edifici intelaiati secondo normativa italiana vigente.
2. Analisi statica equivalente su edifici intelaiati con mensole di controvento secondo normati-va italiana vigente.
3. Analisi statica equivalente su edifici in muratura secondo normativa italiana vigente.
4. Analisi statica equivalente su un muro di sostegno controterra secondo normativa italiana vigente.
5. Analisi dinamica con spettro su edifici intelaiati secondo normativa italiana vigente.
6. Analisi modale tridimensionale con calcolo di coefficienti di partecipazione modale e combi-nazione dei modi secondo l'Eurocodke 8.
Nell'ambito della dinamica strutturale si utilizza il Laboratorio del Dipartimento per illustrare alcuni metodi di sperimentazione dinamica. Si utilizza il LAIB come supporto operativo per lo svolgimento delle esercitazioni.
BIBLIOGRAFIA
Data la natura tuttora evolutiva degli argomenti trattati non si indica un testo di riferimento specifico.ilmateriale didattico viene messo a disposizione degli studenti sotto forma di mano-scritto. Gli studenti sono tenuti a dotarsi delle normative italiane vigenti.
Si indicano tuttavia alcuni testi ausiliari di utile consultazione:
Newmark, E. Rosenblueth,Fundamentals oJ earthquake engineering,Prentice Hall, 1971.
Gavarini,Dinamica delle strutture,ESA, Roma.
Gavarini,Ingegneria sismica,ESA, Roma.
Castellani [et aL],Costruzioni in zona sismica,Masson, Milano.
Park,T.Paulay, Reinforced concrete structures, Wiley, New York.
Bo,Appunti di dinamica sismica,CLUT, Torino.
ESAME
L'esame si svolge esclusivamente in forma orale, previa valutazione degli elaborati di esercita-zione.