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EA = ¥ EI EI EA = ¥ EI EI

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Academic year: 2021

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(1)

1 2

3 4

5

6

F

F

P P

hh

L/4 L/2 L/4

L

EI

c

EA

c

= ∞

EI

t

EI

t

EI

c

EA

c

= ∞

Risoluzione del “sistema a nodi fissi”:

La soluzione di tale sistema si basa sull’individuazione delle azioni che le travi caricare dalle azioni esterne “Q” e “P” trasferiscono ai nodi di estremità. Si noti che i carichi “F” essendo direttamente agenti sui nodi non rientrano nelle soluzioni del sistema zero.

3 4

F

P P

Q

h

QL²/12 QL²/12

SISTEMA 0 - Momenti

3 4

F

P P

Q

h

SISTEMA 0 - Tagli

QL/2 QL/2

(2)

Risoluzione dei “sistemi a nodi spostabili”:

1 2

3 4

5

6 ϕ1ϕ1ϕ1

ϕ1

ϕ1 ϕ1ϕ1 ϕ1

SISTEMA 1 - Rotazione del nodo 2

2

3 4

5

SISTEMA 1 - Momenti SISTEMA 1 - Tagli

2

3 4

5

(2EIc/h)ϕ1

(4EIc/h)ϕ1

(3EIc/h)ϕ1

(6EIc/h²)ϕ1

(6EIc/h²)ϕ1

(3EIc/h²)ϕ1

(3)

1

3 4

5

6 2

∆1∆1

∆1∆1

1 2

3 4

5

6

SISTEMA 2 - Momenti SISTEMA 2 - Tagli

1 2

3 4

5

6

(6EIc/h²)∆1

(6EIc/h²)1

(3EIc/h²)1

(12EIc/h³)1

(12EIc/h³)1

(3EIc/h³)∆1

(3EIc/h³)∆1

(EAt/L)∆1 (EAt/L)∆1

(4)

1

3 4

5

6

SISTEMA 3 - Rotazione del nodo 3

2 ϕ2 ϕ2 ϕ2

ϕ2 ϕ2ϕ2ϕ2ϕ2

1 2

3 4

5

6

SISTEMA 3 - Momenti SISTEMA 3 - Tagli

1 2

3 4

5

6

(4EIc/h)ϕ2

(2EIc/h)ϕ2

(4EIt/L)ϕ2 (2EIt/L)ϕ2

(6EIc/h²)ϕ2

(6EIc/h²)ϕ2

(6EIt/L²)ϕ2 (6EIt/L²)ϕ2

(5)

1

4

5

6 2

3

∆2

∆2∆2

∆2

1 2

3 4

5

6

SISTEMA 4 - Momenti SISTEMA 4 - Tagli

1 2

3 4

5

6

(6EIc/h²)2

(6EIc/h²)2

(12EIc/h³)2

(12EIc/h³)2

(EAt/L)2 (EAt/L)2

(6)

1

3 4

5

6

SISTEMA 5 - Rotazione del nodo 5

2

ϕ3 ϕ3 ϕ3 ϕ3

ϕ3ϕ3 ϕ3ϕ3

2

3 4

5

SISTEMA 5 - Momenti SISTEMA 5 - Tagli

2

3 4

5

(2EIc/h)ϕ3

(4EIc/h)ϕ3

(3EIc/h)ϕ3

(6EIc/h²)ϕ3

(6EIc/h²)ϕ3

(3EIc/h²)ϕ3

(3EIc/h²)ϕ3

(7)

1

3 4

5

6 2

∆3

∆3

∆3

∆3

1 2

3 4

5

6

SISTEMA 6 - Momenti SISTEMA 6 - Tagli

1 2

3 4

5

6

(6EIc/h²)3

(6EIc/h²)3

(3EIc/h²)3

(12EIc/h³)3

(12EIc/h³)3

(3EIc/h³)3

(3EIc/h³)3

(EAt/L)3 (EAt/L)3

(8)

1

4 4

5

6

SISTEMA 7 - Rotazione del nodo 4

2

ϕ4ϕ4 ϕ4ϕ4 ϕ4ϕ4ϕ4ϕ4

2

3 4

5

SISTEMA 7 - Momenti SISTEMA 7 - Tagli

2

3 4

5

(2EIt/L)ϕ4 (4EIt/L)ϕ4

(4EIc/h)ϕ4

(2EIc/h)ϕ4

(6EIc/h²)ϕ4

(6EIc/h²)ϕ4

(6EIt/L²)ϕ4 (6EIt/L²)ϕ4

(9)

1

4

5

6 2

3

∆4

∆4∆4

∆4

1 2

3 4

5

6

SISTEMA 8 - Momenti SISTEMA 8 - Tagli

1 2

3 4

5

6

(6EIc/h²)4

(6EIc/h²)4

(12EIc/h³)4

(12EIc/h³)4

(EAt/L)4 (EAt/L)4

(10)

QL²/12

3

(2EIc/h)ϕ1

2

4

5

(6EIc/h²)∆1 (4EIc/h)ϕ2 (6EIc/h²)∆2

(4EIt/L)ϕ2

(2EIt/L)ϕ4 QL²/12

(2EIt/L)ϕ2

(2EIc/h)ϕ3 (6EIc/h²)∆3 (4EIt/L)ϕ4

(4EIc/h)ϕ4 (6EIc/h²)∆4

(4EIc/h)ϕ1

(3EIc/h)ϕ1 (6EIc/h²)∆1

(3EIc/h²)∆1 (2EIc/h)ϕ2 (6EIc/h²)∆2

1 6

(4EIc/h)ϕ3

(3EIc/h)ϕ3 (6EIc/h²)∆3

(3EIc/h²)∆3 (2EIc/h)ϕ4 (6EIc/h²)∆4

3

2

4

5

1 6

F

F

(6EIc/h²)ϕ1 (12EIc/h³)∆1 (6EIc/h²)ϕ2 (12EIc/h³)∆2 (EAt/L)∆2

(6EIc/h²)ϕ1

(3EIc/h²)ϕ1

(3EIc/h²)ϕ1 (12EIc/h³)∆1

(3EIc/h³)∆1

(3EIc/h³)∆1 (EAt/L)∆1 (6EIc/h²)ϕ2 (12EIc/h³)∆2

(EAt/L)∆3 (EAt/L)∆4

(EAt/L)∆1 (EAt/L)∆2

(6EIc/h²)ϕ3

(6EIc/h²)ϕ3

(3EIc/h²)ϕ3

(3EIc/h²)ϕ3 (12EIc/h³)∆3

(12EIc/h³)∆3

(3EIc/h³)∆3 (EAt/L)∆3

(EAt/L)∆4

(6EIc/h²)ϕ4

(6EIc/h²)ϕ4

(3EIc/h³)∆3 (12EIc/h³)∆4

(12EIc/h³)∆4

Si definiscono le seguenti relazioni:

h K

1

= EI

c

2 2

h K = EI

c

L K

3

= EI

t

4 3

h K = EI

c

L K

5

= EA

t

QL²/12

3

2K1ϕ1

4

4K1ϕ2

4K3ϕ2

QL²/12

4K1ϕ1 6K21 2K1ϕ2

3 4

F

6K2ϕ1 12K41

K52

6K22 6K21 6K22

2K1ϕ3 6K23 4K1ϕ4 6K24

6K24 2K1ϕ4 6K23 4K1ϕ3 2K3ϕ4 4K3ϕ4

2K3ϕ2

6K2ϕ3 12K43

6K2ϕ2 6K2ϕ4

12K42 12K44

K54 K54 K52

12K42 6K2ϕ2 12K41 6K2ϕ1

12K44 6K2ϕ4 12K43 6K2ϕ3

(11)

seguente:

+

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ]

[ ]

[ ] [ ]

[ ] [ ]

[ ]

[ ]

 

 

 



 

 

⋅ +

⋅ +

⋅ +

=

⋅ +

⋅ +

⋅ +

⋅ +

=

⋅ +

⋅ +

⋅ + +

⋅ +

− +

=

− +

⋅ +

=

⋅ +

⋅ +

⋅ +

⋅ +

⋅ +

=

⋅ + +

⋅ +

⋅ +

=

⋅ +

⋅ +

⋅ + +

⋅ +

− +

=

⋅ +

− +

⋅ +

=

4 5 4 4 2 3 4 3 2 2 5

4 2 4 3 1 3 2 3 1 2 3 2

4 4 4 2 3 5 4 4 3 2 2 1

5

4 2 4 1 3 2 2 3 1 1

4 5 2 5 4 2 2 1 4 1 2

4 3 2 2 2 3 1 1 2 1 1 2

3 5 2 4 2 2 1 5 4 4 1 2 2

2 2 2 1 1 2 2 1 1 1

12 6

12 6

0

6 4

6 2

12 2 0

12 6

3 12 3

6 0

6 2

3 6 4

3 0

12 6

12 6

0

2 6

4 6

12 2 0

12 6

3 12 3

6 0

6 2

3 6 4

3 0

K K K

K K

K

K K

K K

K L K

Q

K K

K K K K

K K

K K

K K K

K

K K

K K

K K

F

K K

K K K

L K Q

K K

K K

K K K

K F

K K

K K K

K

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

ϕ

ϕ ϕ

ϕ ϕ

4 _

4 _

5 _

5 _

3 _

3 _

2 _

2 _

Nodo Nodo Nodo Nodo Nodo Nodo Nodo Nodo

[ ] [ ] F

ij

= K

ijhk

⋅ [ ] δ

hk

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

+

− +

− +

− +

− +

− +

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

− ⋅

− ⋅

4 4 3 3 2 2 1 1

5 4 2

4 2

5

2 3

1 2

1 3

4 2

5 4 2

5

2 1

2 1

5 5

4 2

4 2

3 2

3 1 2

1

5 4

2 5

4 2

2 1

2 1

2 2

12 6

12 6

0 0

0

6 4

6 2

0 2

0 0

12 6

15 3

0 0

0

6 2

3 7

0 0

0 0

0 0

0 12

6 12

6

0 2

0 0

6 4

6 2

0 0

0 12

6 15

3

0 0

0 0

6 2

3 7

0 12 0 0 12

0

ϕ ϕ ϕ ϕ

K K K

K K

K

K K

K K

K K

K K

K K K

K

K K

K K

K K

K K

K K

K K

K K K

K

K K

K K

K K

K K

K K

L Q

F L Q

F

La soluzione risulta:

[ ] δ

hk

= [ ] [ ] K

ijhk −1

F

ij

valida se e solo se det [ ] K

ijhk

0 ovvero se la matrice di rigidezza è invertibile.

(12)

Per la soluzione si considerino i seguenti valori geometrici e meccanici:

Modulo di elasticità del calcestruzzo: E = 3 ⋅ 10

7

[kN/m

2

] Sezione trasversale dei pilastri: A

c

= 0 . 4

2

[m

2

] Sezione trasversale delle travi: A

t

= 0 . 3 ⋅ 0 . 6 [m

2

]

21333 3

12 4 . 10 0 3

4 7

1

=

 

 

⋅ 

=

= h

K EI

c

[kNm]

9 7111 12

4 . 10 0 3

4 7

2 2

=

 

 

⋅ 

=

= h

K EI

c

[kN]

(13)

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

[ ]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 ∆

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 − − +

− +

− +

− +

− +

− +

=

 

 

 

 

 

 

 

 

− ⋅

4 4 3 3 2 2 1

5 4 2

4 2

5

2 3

1 2

1 3

4 2

5 4 2

5

2 1

2 1

5 5

4 2

4 2

3 2

3 1 2

1

5 4

2 5

4 2

2 2

12 6

12 6

0 0

0

6 4

6 2

0 2

0 0

12 6

15 3

0 0

0

6 2

3 7

0 0

0 0

0 0

0 12

6 12

6

0 2

0 0

6 4

6 2

0 0

0 12

6 15

3

0 12 0 0 12

ϕ ϕ ϕ

K K K

K K

K

K K

K K

K K

K K

K K K

K

K K

K K

K K

K K

K K

K K

K K K

K

K K

K K

K K

L Q

F L Q

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

4 4 3 3 2 2 1 1

703440 42666

28440 42666

675000 0

0 0

42666 166332

42666 42666

0 40500

0 0

28440 42666

710550 21333

0 0

675000 0

42666 42666

21333 149331

0 0

0 0

675000 0

0 0

703440 42666

28440 42666

0 40500 0

0 42666 166332

42666 42666

0 0

675000 0

28440 42666

710550 21333

0 0

0 0

42666 42666

21333 149331

0 34 . 53

0 0 10

34 . 53

10 0

ϕ ϕ ϕ ϕ

La soluzione del sistema si può ottenere con il Metodo di Cramer:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4 4 3 3 2 4 3 3

4 4 3 3 2 2 1 1

10 172 . 1

10 051 . 1

10 809 . 7

10 262 . 2

10 174 . 1

10 469 . 8

10 792 . 7

10 000 . 2

ϕ ϕ ϕ

ϕ [ ]

[ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] [ ] m rad

m rad m rad m rad

Sostituendo il valore degli spostamenti nell’equilibrio dei nodi, si ottiene il sistema equilibrato con le azioni esterne:

QL²/12

3

(2EIc/h)ϕ1

2

4

5

(6EIc/h²)∆1 (4EIc/h)ϕ2 (6EIc/h²)∆2

(4EIt/L)ϕ2

(2EIt/L)ϕ4 QL²/12

(2EIt/L)ϕ2

(2EIc/h)ϕ3 (6EIc/h²)∆3 (4EIt/L)ϕ4

(4EIc/h)ϕ4 (6EIc/h²)∆4

(4EIc/h)ϕ1

(3EIc/h)ϕ1 (6EIc/h²)∆1 (2EIc/h)ϕ2 (6EIc/h²)∆2

(4EIc/h)ϕ3

(3EIc/h)ϕ3 (6EIc/h²)∆3 (2EIc/h)ϕ4 (6EIc/h²)∆4

3

2

4

5

F

F

(6EIc/h²)ϕ1 (12EIc/h³)∆1 (6EIc/h²)ϕ2 (12EIc/h³)∆2 (EAt/L)∆2

(6EIc/h²)ϕ1

(3EIc/h²)ϕ1 (12EIc/h³)∆1

(EAt/L)∆1 (6EIc/h²)ϕ2 (12EIc/h³)∆2

(EAt/L)∆3 (EAt/L)4

(EAt/L)∆1 (EAt/L)∆2

(6EIc/h²)ϕ3

(6EIc/h²)ϕ3

(3EIc/h²)ϕ3 (12EIc/h³)∆3

(12EIc/h³)∆3

(EAt/L)∆3 (EAt/L)4

(6EIc/h²)ϕ4

(6EIc/h²)ϕ4 (12EIc/h³)∆4

(12EIc/h³)∆4

3

2

4

5

(6EIt/L²)ϕ2

QL/2 QL/2

P P

(6EIt/L²)ϕ2 (6EIt/L²)ϕ4 (6EIt/L²)ϕ4

(14)

1 2

3 4

5

6

Momenti

10.9 [kNm]

10.9 [kNm]

38.2 [kNm]

38.2 [kNm]

79.1[kNm]

79.1[kNm]

21.8[kNm]

21.8[kNm]

10

20 20

10

10

Tagli

2

3 4

5

9.1 [kN]

9.1 [kN]

10

20 20

12.7 [kN]

19.1 [kN]

19.1 [kN]

7.3 [kN]

28.8 [kN]

20 [kN] 20 [kN]

51.3 [kN]

* *

* *

10

10

(15)

Normali

1 2

3 4

5

6

10

20 20

28.8 [kN]

28.8 [kN]

28.8+20=48.8 [kN]

51.3 [kN]

51.3 [kN]

51.3+20=71.3 [kN]

*

*

*

*

*

*

*

* 28.8+20=48.8 [kN]

51.3+20=71.3 [kN]

10

10

19.1 [kN] 19.1 [kN]

11.8 [kN] 11.8 [kN]

Diagramma dei Momenti Flettenti

(16)

Diagramma del Taglio

Diagramma della Normale

(17)

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