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Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite

01UDQMX, 01UDQMX

A.A. 2021/22

2019/20

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Il Corso ha lo scopo presentare le nozioni fondamentali sulla instabilità statica e dinamica delle strutture di grande altezza e di grande luce, per integrare la preparazione strutturale già conseguita con temi di notevole importanza e attualità, che non trovano adeguato approfondimento nei corsi precedenti. Inizialmente vengono introdotti i concetti più importanti dell’instabilità dell’equilibrio elastico nelle travi, nei sistemi di travi, nei gusci e lastre. Vengono poi presentati gli aspetti storici salienti, successivi alla Rivoluzione Industriale, che riguardano le strutture di grande luce (ponti e coperture) o di grande altezza (grattacieli). Si affrontano quindi i problemi della analisi statica e dinamica degli edifici di grande altezza dotati di nuclei irrigidenti sottili chiusi o aperti, nonché quelli dell’analisi statica e dinamica dei ponti di grande luce, con particolare riferimento ai fenomeni di flutter, galloping, buffeting.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

Il corso intende fornire allo studente le competenze necessarie ad affrontare il progetto delle strutture in acciaio e delle strutture composte acciaio-calcestruzzo.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Il Corso ha lo scopo presentare le nozioni fondamentali sulla instabilità statica e dinamica delle strutture di grande altezza e di grande luce, per integrare la preparazione strutturale già conseguita con temi di notevole importanza e attualità, che non trovano adeguato approfondimento nei corsi precedenti. Inizialmente vengono introdotti i concetti più importanti dell’instabilità dell’equilibrio elastico nelle travi, nei sistemi di travi, nei gusci e lastre. Vengono poi presentati gli aspetti storici salienti, successivi alla Rivoluzione Industriale, che riguardano le strutture di grande luce (ponti e coperture) o di grande altezza (grattacieli). Si affrontano quindi i problemi della analisi statica e dinamica degli edifici di grande altezza dotati di nuclei irrigidenti sottili chiusi o aperti, nonché quelli dell’analisi statica e dinamica dei ponti di grande luce, con particolare riferimento ai fenomeni di flutter, galloping, buffeting.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

The course aims to provide the student the skills necessary to deal with the design of steel structures and composite steel-concrete structures.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Il Corso si prefigge lo scopo di fornire tutti gli elementi necessari a considerare i fenomeni di instabilità strutturale, sia in regime statico che dinamico, di strutture snelle, sottili o ribassate. In particolare si affrontano i problemi più specifici delle strutture di grande luce (coperture e ponti) e di grande altezza.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

Lo studente dovrà acquisire la conoscenza del funzionamento meccanico delle strutture in acciaio e composte attraverso l’utilizzo dei modelli teorici che ne descrivono il comportamento in modo da essere in grado di selezionare la scelta progettuale più idonea anche valutando opzioni non perfettamente identiche a quelle esposte durante il corso. Dovrà inoltre essere in grado di dimensionare gli elementi strutturali di cui è composto l’organismo strutturale, inclusi i collegamenti fra i vari elementi e redigere la relazione di calcolo. Durante il corso lo studente dovrà affinare la proprietà di linguaggio, con specifico riferimento alla terminologia tecnica specifica dell’insegnamento, per comunicare in maniera efficace e puntuale il proprio progetto. Dovrà inoltre essere in grado di consultare i principali riferimenti bibliografici del settore.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Il Corso si prefigge lo scopo di fornire tutti gli elementi necessari a considerare i fenomeni di instabilità strutturale, sia in regime statico che dinamico, di strutture snelle, sottili o ribassate. In particolare si affrontano i problemi più specifici delle strutture di grande luce (coperture e ponti) e di grande altezza.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

The student will have to obtain the knowledge of the mechanical behaviour of steel and composite structures, by using theoretical models describing their behaviour, so that they can select the most suitable design option, also by evaluating different solutions than those shown during the course. It should also be able to design the structural elements of which the structure is composed, including the joints between members and to draw up the calculation relation. During the course the student will have to refine the language property, with specific reference to the technical terminology, in order to communicate effectively and timely his own project. Finally, the student will have to become to be able to consult the main bibliographic references of the field.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Concetti fondamentali di Scienza delle Costruzioni.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

La comprensione dei contenuti del corso richiede la conoscenza dei concetti di deformazione, tensione, caratteristiche di sollecitazione, del metodo semi-probabilistico per la valutazione della sicurezza, delle azioni, delle linee di influenza, degli effetti strutturali della viscosità, delle caratteristiche fisiche e meccaniche del calcestruzzo e dell’acciaio, delle strutture in cemento armato.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Concetti fondamentali di Scienza delle Costruzioni.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

To understand the contents of the course is necessary to know the concepts of strains, stresses, actions, influence lines, structural effects of creep, semi-probabilistic method to assess the safety, physical and mechanical characteristics of steel and concrete, reinforced concrete structures.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Il corso si suddivide in quattro macro-argomenti: (1) INSTABILITÀ DELLE STRUTTURE (16 h). Sistemi discreti; travi rettilinee ad elasticità diffusa; sistemi di travi; anelli e gusci soggetti a pressione esterna; archi e gusci ribassati soggetti alla forza peso; instabilità flesso-torsionale; lastre soggette a compressione. (2) ASPETTI STORICI: PONTI, COPERTURE, EDIFICI DI GRANDE ALTEZZA (5 h). Ponti in ghisa e acciaio; ponti in calcestruzzo; coperture; edifici di grande altezza. (3) INSTABILITÀ STATICA E DINAMICA DELLE TRUTTURE DI GRANDE LUCE (21 h). Classificazione dei ponti in base allo schema statico; ponti in muratura; ponti ad arco; ponti sospesi; ponti strallati; approcci progettuali e costruttivi con particolare riferimento ai problemi di instabilità statica, distribuzione dei carichi; fenomeni dinamici nei ponti sospesi: flutter, galloping, buffeting; interazione tra risonanza e instabilità dell’equilibrio elastico nei sistemi meccanici discreti e continui; coperture reticolari spaziali. (4) INSTABILITÀ STATICA E DINAMICA DELLE STRUTTURE DI GRANDE ALTEZZA (21 h). Dinamica degli edifici alti: controventamenti e tamponamenti; ripartizione delle azioni statiche equivalenti orizzontali algoritmo generale; il caso dei nuclei irrigidenti a sezione sottile aperta; ingobbamento impedito e bimomento; interazione tra nuclei irrigidenti a sezione sottile chiusa e aperta.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

Nel corso verranno sviluppati i seguenti argomenti: • Criteri generali di progettazione (4 ore): vantaggi e svantaggi strutture in acciaio, criteri generali per l’individuazione della soluzione strutturale, descrizione delle soluzioni strutturali di più comune utilizzo, criteri di pre-dimensionamento. • Richiami di instabilità e di plasticità (8 ore). • Classificazione dei prodotti industriali (2 ore). • Comportamento delle membrature semplici in acciaio allo stato limite ultimo (14 ore): elementi tesi, elementi compressi, elementi inflessi, elementi presso-inflessi, elementi soggetti a torsione. • Comportamento delle membrature composte in acciaio allo stato limite ultimo (4 ore): elementi tralicciati, elementi calastrellati, elementi abbottonati. • Unioni saldate (8 ore): procedimenti di saldatura, difetti e controlli delle saldature, saldature a completa penetrazione, saldature a cordone d’angolo. • Unioni bullonate (10 ore): unioni bullonate a taglio, unioni bullonate a trazione, unioni flangiate. • Tipologie più diffuse di collegamenti (4 ore): giunti trave-trave, giunti trave-colonna, giunti colonna-colonna, attacco di elementi di controvento di piano e di parete, giunto colonna-fondazione. • Strutture composte acciaio-calcestruzzo (10 ore): vantaggi delle strutture composte, analisi strutturale, comportamento delle sezioni composte a flessione, sistemi di connessione.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Il corso si suddivide in quattro macro-argomenti: (1) INSTABILITÀ DELLE STRUTTURE (16 h). Sistemi discreti; travi rettilinee ad elasticità diffusa; sistemi di travi; anelli e gusci soggetti a pressione esterna; archi e gusci ribassati soggetti alla forza peso; instabilità flesso-torsionale; lastre soggette a compressione. (2) ASPETTI STORICI: PONTI, COPERTURE, EDIFICI DI GRANDE ALTEZZA (5 h). Ponti in ghisa e acciaio; ponti in calcestruzzo; coperture; edifici di grande altezza. (3) INSTABILITÀ STATICA E DINAMICA DELLE TRUTTURE DI GRANDE LUCE (21 h). Classificazione dei ponti in base allo schema statico; ponti in muratura; ponti ad arco; ponti sospesi; ponti strallati; approcci progettuali e costruttivi con particolare riferimento ai problemi di instabilità statica, distribuzione dei carichi; fenomeni dinamici nei ponti sospesi: flutter, galloping, buffeting; interazione tra risonanza e instabilità dell’equilibrio elastico nei sistemi meccanici discreti e continui; coperture reticolari spaziali. (4) INSTABILITÀ STATICA E DINAMICA DELLE STRUTTURE DI GRANDE ALTEZZA (21 h). Dinamica degli edifici alti: controventamenti e tamponamenti; ripartizione delle azioni statiche equivalenti orizzontali algoritmo generale; il caso dei nuclei irrigidenti a sezione sottile aperta; ingobbamento impedito e bimomento; interazione tra nuclei irrigidenti a sezione sottile chiusa e aperta.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

The course will deal with the following topics: • Basis of design (4 hours): advantages and disadvantages of steel structures, general criteria to find the best structural solution, description of the most common structural solutions, pre-dimensioning criteria. • Review of buckling and plasticity theories (8 hours). • Classification of industrial products (2 hours). • Behaviour of simple steel members at the ultimate limit state (14 hours): elements subjected to tension, compression, shear, bending moment, torsion and composite stresses. • Behaviour of built-up steel members at ultimate limit states (4 hours): elements with lacings, battens and packing plates. • Welded joints (8 hours): welding processes, defects and welding controls, fillet welds, full penetration butt welds. • Bolted connections (10 hours): shear connections, tension connections, flanged connections. • Most common types of connections (4 hours): beam-to-beam joints, beam-to-column joints, column-to-column joints, column-to-foundation joint. • Composite steel-concrete structures (10 hours): advantages, structural analysis, flexural behaviour, connection systems.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

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Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Alcune esercitazioni, da svolgere al LAIB, verteranno sulla risoluzione numerica di strutture attraverso l’uso di codici di calcolo agli Elementi Finiti. Ulteriori esercitazioni, sempre da svolgere al LAIB, riguarderanno l’uso di un algoritmo specifico, implementato con il programma MATLAB, per il calcolo degli edifici di grande altezza. Le altre lezioni, esercitazioni ed approfondimenti su argomenti specifici saranno svolti in aula. Questi contributi riguarderanno: (1) Calcolo di un telaio piano a due campate diseguali e dodici piani; calcolo di una lastra soggetta a compressione; calcolo di un guscio e fenomeno dello snap-through (LAIB). (2) Metodi numerici per la risoluzione di problemi non-lineari; le coperture di grande luce: esempi di calcolo non-lineare. (3) Sistemi di controventamento negli edifici alti con struttura portante in acciaio ed in calcestruzzo; ripartizione delle azioni orizzontali fra telai e mensole di irrigidimento negli edifici alti; mensole di controventamento con una o più file di aperture; pareti di controventamento solidali a telai ad esse ortogonali; sistemi a telaio tubolare (framed tube, tube in tube): metodi approssimati di calcolo. (4) Ripartizione delle azioni orizzontali negli elementi strutturali degli edifici alti: esempi di calcolo numerico (LAIB).

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite)

Durante il corso verranno sviluppati in aula esempi di calcolo sugli argomenti trattati a lezione. Gli studenti dovranno sviluppare in gruppi di 2-4 unità un progetto completo (relazione di calcolo ed elaborati grafici) di una semplice struttura in acciaio.

Instabilità statica e dinamica delle strutture/Teoria e progetto delle strutture in acciaio e composite (Instabilità statica e dinamica delle strutture)

Alcune esercitazioni, da svolgere al LAIB, verteranno sulla risoluzione numerica di strutture attraverso l’uso di codici di calcolo agli Elementi Finiti. Ulteriori esercitazioni, sempre da svolgere al LAIB, riguarderanno l’uso di un algoritmo specifico, implementato con il programma MATLAB, per il calcolo degli edifici di grande altezza. Le altre lezioni, esercitazioni ed approfondimenti su argomenti specifici saranno svolti in aula. Questi contributi riguarderanno: (1) Calcolo di un telaio piano a due campate diseguali e dodici piani; calcolo di una lastra soggetta a compressione; calcolo di un guscio e fenomeno dello snap-through (LAIB). (2) Metodi numerici per la risoluzione di problemi non-lineari; le coperture di grande luce: esempi di calcolo non-lineare. (3) Sistemi di controventamento negli edifici alti con struttura portante in acciaio ed in calcestruzzo; ripartizione delle azioni orizzontali fra telai e mensole di irrigidimento negli edifici alti; mensole di controventamento con una o più file di aperture; pareti di controventamento solidali a telai ad esse ortogonali; sistemi a telaio tubolare (framed tube, tube in tube): metodi approssimati di calcolo. (4) Ripartizione delle azioni orizzontali negli elementi strutturali degli edifici alti: esempi di calcolo numerico (LAIB).

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During the course, will be developed classroom examples about the lecture topics. Students will have to develop in a group of 2-4 units a complete project (computational report and structural drawings) of a simple steel structure.

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Gli appunti del Corso sono messi a disposizione degli studenti sul portale della didattica. Gli altri testi di riferimento sono i seguenti: - A. Carpinteri, "Scienza delle Costruzioni", Volumi 1 e 2, Pitagora Ed., Bologna, 1992. - A. Carpinteri, "Structural Mechanics: A Unified Approach", Chapman & Hall, London, 1997. - A. Carpinteri, "Calcolo Automatico delle Strutture", Pitagora Ed., Bologna, 1997. - A. Carpinteri, "Analisi Non-lineare delle Strutture", Pitagora Ed., Bologna, 1997. - A. Carpinteri, "Dinamica delle Strutture", Pitagora Ed., Bologna, 1998. - D.P. Billington, "The Tower and the Bridge: the New Art of Structural Engineering", Princeton University Press, Princeton, 1985.

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Strutture in acciaio: sistemi strutturali, sicurezza e carichi, materiale, unioni e collegamenti, resistenza e stabilità / Giulio Ballio, Federico M. Mazzolani. - Milano : Hoepli, 1987. Edifici in acciaio: materiale, calcolo e progetto secondo l'Eurocodice EN 1993-1-1 / Claudio Bernuzzi, Federico M. Mazzolani. - Milano : Hoepli, 2007. Progetto e verifica delle strutture in acciaio secondo le Norme Tecniche per le Costruzioni e L’Eurocodice 3 (UNI EN 1993) / Claudio Bernuzzi. - Milano : Hoepli, 2011 EN 1993-1-1: Eurocode 3. Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. Sono inoltre a disposizione le slide utilizzate durante lo svolgimento delle lezioni.

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Gli appunti del Corso sono messi a disposizione degli studenti sul portale della didattica. Gli altri testi di riferimento sono i seguenti: - A. Carpinteri, "Scienza delle Costruzioni", Volumi 1 e 2, Pitagora Ed., Bologna, 1992. - A. Carpinteri, "Structural Mechanics: A Unified Approach", Chapman & Hall, London, 1997. - A. Carpinteri, "Calcolo Automatico delle Strutture", Pitagora Ed., Bologna, 1997. - A. Carpinteri, "Analisi Non-lineare delle Strutture", Pitagora Ed., Bologna, 1997. - A. Carpinteri, "Dinamica delle Strutture", Pitagora Ed., Bologna, 1998. - D.P. Billington, "The Tower and the Bridge: the New Art of Structural Engineering", Princeton University Press, Princeton, 1985.

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Strutture in acciaio : sistemi strutturali, sicurezza e carichi, materiale, unioni e collegamenti, resistenza e stabilità / Giulio Ballio, Federico M. Mazzolani. - Milano : Hoepli, c1987 Edifici in acciaio : materiale, calcolo e progetto secondo l'Eurocodice EN 1993-1-1 / Claudio Bernuzzi, Federico M. Mazzolani. - Milano : Hoepli, c2007 Progettare costruzioni in acciaio : normativa europea, stati limite, sagomario, software per il calcolo / Giulio Ballio, Claudio Bernuzzi. - Milano : Hoepli, c2004 EN 1993-1-1: Eurocode 3. Design of steel structures - Part 1-1: General rules and rules for buildings. The slides used during the lessons are also available.

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria;

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Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Progetto di gruppo;

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L'esame prevede un colloquio orale.

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L’esame consisterà in una valutazione preliminare del progetto di gruppo durante il quale agli studenti del gruppo verrà chiesto di giustificare le assunzioni di progetto e di illustrare le analisi svolte con relativa indicazione dei metodi utilizzati. Successivamente ciascuno studente dovrà sostenere una prova orale individuale durante la quale verrà richiesto di argomentare su problematiche specifiche delle strutture in acciaio e composite trattate durante il corso. Tale impostazione permetterà di valutare il raggiungimento dei risultati di apprendimento attesi, ovvero le capacità di progettazione e le basi teoriche da cui derivano le formulazioni utilizzate nella pratica professionale. Il voto finale tiene conto sia del progetto che del colloquio orale individuale.

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Exam: Compulsory oral exam;

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Exam: Compulsory oral exam; Group project;

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L'esame prevede un colloquio orale.

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The exam will consist of an oral exam focusing on the topics discussed during the course, as well as the project developed by the student.



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