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Teoria delle strutture
02CUGNB
A.A. 2021/22
Lingua dell'insegnamento
Italiano
Corsi di studio
Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Edile - Torino
Organizzazione dell'insegnamento
| Didattica | Ore |
|---|---|
| Lezioni | 40 |
| Esercitazioni in aula | 20 |
| Tutoraggio | 18 |
Docenti
| Docente | Qualifica | Settore | h.Lez | h.Es | h.Lab | h.Tut | Anni incarico |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Borri Brunetto Mauro | Professore Associato | CEAR-06/A | 40 | 10 | 0 | 0 | 4 |
Collaboratori
Didattica
| SSD | CFU | Attivita' formative | Ambiti disciplinari | ICAR/08 | 6 | B - Caratterizzanti | Edilizia e ambiente |
|---|
2021/22
L’insegnamento di Teoria delle strutture si inserisce nel percorso formativo del corso di Ingegneria Edile (Resilienza del costruito) con l’obiettivo di espandere gli strumenti concettuali utili per valutare, nel contesto della progettazione integrale, la sicurezza del sistema strutturale degli edifici nuovi o esistenti. A questo fine si estendono le conoscenze già acquisite sul comportamento della trave rettilinea ad altri elementi resistenti, quali gli archi e le lastre piane e curve, che si incontrano nella pratica costruttiva, definendone gli appropriati modelli teorici, necessari per la previsione e l’interpretazione della risposta strutturale alle azioni applicate. Inoltre, poiché nell’attuale contesto l’analisi strutturale deve integrarsi con la progettazione complessiva dell’edificio attraverso strumenti informatici, vengono presentati gli aspetti fondamentali del calcolo strutturale svolto tramite metodi numerici. L’applicazione mediante software professionali di questi metodi a casi realistici, anche provenienti da altri insegnamenti svolti in parallelo, fornisce l’occasione di sviluppare le competenze necessarie per l’uso consapevole di tali strumenti.
Structural Theory, in the context of the Building Engineering course, has the aim of expanding the conceptual tools useful for evaluating, within the concept of integral design, the safety of the structural system of new or existing buildings. To this end, the knowledge already acquired on the behaviour of the rectilinear beam is extended to other resistant elements, such as arches and flat and curved plates, which are encountered in construction practice, defining the appropriate theoretical models, necessary for prediction and interpretation of the structural response to the applied actions. Furthermore, since in the current professional framework the structural analysis must integrate with the overall design of the building through IT tools (e.g., BIM), the fundamental aspects of the structural calculations carried out using numerical methods are presented. The application, using professional software, of these methods to realistic cases, also suggested by other courses held in parallel, provides the opportunity to develop the skills necessary for the conscious use of these tools.
Al termine dell’insegnamento, coloro che avranno seguito con profitto saranno in grado di:
1. Definire le caratteristiche fondamentali dei diversi elementi strutturali trattati (ad es. travi, archi, lastre, gusci) e i parametri che ne caratterizzano il comportamento.
2. Spiegare le ipotesi alla base dei diversi modelli teorici adatti ai diversi casi applicativi e descrivere i principali risultati da essi ottenibili.
3. Descrivere ipotesi, principi e procedure che concorrono alla formulazione di un modello numerico a elementi finiti di una struttura.
4. Applicare le conoscenze apprese all’analisi e alla soluzione di un problema strutturale nell’ambito degli argomenti trattati;
5. Costruire un modello numerico di una struttura assegnata per determinarne la risposta meccanica mediante un software applicativo e verificare il rispetto delle ipotesi adottate.
6. Ideare e dimensionare una struttura atta a soddisfare requisiti assegnati e verificarne la sicurezza mediante le tecniche apprese.
The student should learn how to discuss, in a rational and quantitative way, the points of strength and the points of weakness of the structural solutions presented, and the factors that may cause a discrepancy between the expected theoretical behavior and the experimental performance of a structure. Moreover, the numerical codes that assist the student during the structural analysis report some warning or error messages. The right interpretation of the above-mentioned messages, the following modifications to the model and the critical evaluation of the final results complete the learning outcomes expected from the course.
Per una proficua fruizione dell’insegnamento sono necessarie le seguenti conoscenze e abilità:
- conoscenza della descrizione degli stati di deformazione e di tensione nei solidi;
- conoscenza dei principi dell’elasticità lineare;
- conoscenza della teoria della linea elastica delle travi inflesse;
- conoscenza del concetto di legame elasto-plastico e di cerniera plastica;
- conoscenza dei principi delle Norme tecniche sulle costruzioni;
- capacità di calcolo delle reazioni vincolari e tracciamento dei diagrammi di sollecitazioni nelle travature isostatiche;
- capacità di calcolo dei carichi di progetto secondo la Norme tecniche sulle costruzioni.
From the previous course of Structural Mechanics, the student should know how to analyze the strain and stress field in a 3D continuum and in the Saint Venant solid. The student should also know the basic concepts of stability of the elastic equilibrium. Basic knowledge about computation of multidimensional integrals, partial derivatives, linear systems of equations, differential equations, constrained maximum and minimum points is also recommendable.
Soluzione di strutture iperstatiche con il metodo degli spostamenti (9h): concetti fondamentali, esempi di applicazione.
Calcolo automatico di sistemi di travi (9h): matrice di rigidezza di una trave nel piano; trasformazione, espansione e assemblaggio della matrice di rigidezza della struttura condizioni di vincolo. Estensione alle strutture tridimensionali.
Metodo degli elementi finiti (15h): Formulazione mediante il PLV; discretizzazione; interpolazione; matrici di rigidezza e di massa; carichi nodali; sistemi di riferimento; assemblaggio; condizioni al contorno; matrici costitutive; elementi isoparametrici; integrazione numerica.
Archi (6h): calcolo della spinta, curva delle pressioni.
Lastre piane (12h): equazioni statiche e cinematiche del regime membranale e flessionale; equazioni di equilibrio nel caso di lastre sottili in cui il contributo del taglio sia trascurabile (Kirchhoff); equazione di Sophie Germain.
Lastre curve (9h): regime membranale, regime di guscio; guscio cilindrico; guscio di rivoluzione; guscio sferico.
AUTOMATIC COMPUTATION OF BEAM SYSTEMS (10h): the stiffness matrix of a single beam in a plane; transformation, expansion and assembly of the previous matrix; boundary conditions; short account on truss systems, grids and full 3D frames.
PLANE CONTINUUM STRUCTURES (10h): kinematics and statics of the membrane regime and of the flexural regime; equilibrium equations in the case of thin plates where the shearing deformation can be neglected (Kirchhoff); Sophie Germain-Lagrange equation.
NUMERICAL METHODS ACCORDING TO RITZ-GALERKIN (5h): the displacements approach applied to the kinematic hypotheses previously presented for membrane and plates.
PLASTICITY THEORY (5h): elastoplastic flexural behavior of a rectangular section; residual stresses after unloading; the extension of the plastic zone; incremental elastoplastic analysis; limit analysis theorems; the transition from plasticity to fracture and the related dimensional analysis.
EXPERIMENTAL TESTING AND CHARACTERIZATION OF SIMPLE STRUCTURAL MODELS (30h): general introduction and lab classes on beam, frame and arc physical models under different constraints; non-destructive testing via ultrasonic and sclerometric methods; material characterization according to European standards.
È possibile proporre, come tema del progetto di gruppo, la struttura di un edificio oggetto di studio in un insegnamento dello stesso periodo didattico, avente gli opportuni requisiti.
È possibile proporre, come tema del progetto di gruppo, la struttura di un edificio oggetto di studio in un insegnamento dello stesso periodo didattico, avente gli opportuni requisiti.
L'insegnamento si svolge tramite lezioni in aula (reale o virtuale), ove vengono trattati gli argomenti teorici, ed esercitazioni in aula o nel laboratorio informatico, rivolte alle applicazioni. Alcune esercitazioni sono riservate alla presentazione dei temi assegnati come progetti individuali e di gruppo e alla discussione dei risultati.
I progetti prevedono l’uso di software che sarà reso disponibile e sono due: il primo, da svolgere individualmente, riguarda la schematizzazione e l’analisi di una struttura a telaio tridimensionale assegnata. Il secondo, da svolgere in gruppo (2-3 persone), richiede l’ideazione di una struttura idonea a soddisfare certi requisiti funzionali. Entrambi i progetti richiedono la redazione di una relazione di calcolo, oggetto di valutazione.
The course is divided into classroom lessons and laboratory classes.
Virtual classroom lessons cover the part of the program related to the analysis, design and computation of structures, and are complemented by exercises, that will be presented just after the theoretical parts. Each student will install the educational version of Abaqus code on his/her laptop computer. Some practical applications will be based on a problem common to all courses of the same educational period. The coordination will be based on BIM technologies.
The laboratory classes cover the part of the program related to the characterization of materials and structural elements and are conducted by dividing the students into working groups and/or with the aid of videos and suitable remote teaching tools. The preparation of reports on the laboratory activities is required for the purpose of achieving the expected practical skills.
Dispense a cura del docente saranno rese disponibili sul portale della didattica.
Testi di approfondimento:
K.J. Bathe, Finite element procedures, K.J. Bathe, 2014.
O. Belluzzi, Scienza delle costruzioni, vol. 2, Zanichelli, 1996.
A. Carpinteri, Calcolo automatico delle strutture, Pitagora, 1997.
L. Corradi Dell’Acqua, Meccanica delle strutture, vol. 2, McGraw-Hill, 2010.
R. Szilard, Theories and applications of plate analysis: classical numerical and engineering methods, Prentice Hall, 2004.
S. Timoshenko, S. Woinowsky-Krieger, Theory of plates and shells, McGraw-Hill, 1964.
O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, J.Z. Zhu, The finite element method: its basis and fundamentals, Elsevier, 2005.
A.Carpinteri: Structural Mechanics Fundamentals , CRC Press,Taylor and Francis Group,2014
O.C. Zienkiewicz, R.L. Taylor, J.Z. Zhu: The finite element method: its basis and fundamentals, Elsevier.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group essay;
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L’esame orale è un colloquio che verte sull’accertamento della conoscenza e della comprensione della materia secondo quanto descritto ai punti 1-4 della sezione “Risultati attesi"; la sua durata è di circa 30 minuti e la valutazione è basata su chiarezza di esposizione, appropriatezza della terminologia, capacità di utilizzare e collegare tra loro i concetti appresi, capacità di proporre soluzioni ai quesiti proposti; sono anche possibili domande a chiarimento degli elaborati relativi alle esercitazioni. La valutazione massima è di 33 punti.
Gli elaborati relativi ai progetti individuale e di gruppo devono essere consegnati alle scadenze fissate durante il periodo didattico. Essi accertano le abilità e competenze descritte ai punti 5 e 6 della sezione “Risultati attesi”. La loro valutazione è espressa in trentesimi e si basa su: adeguatezza del modello (11 punti), correttezza dei risultati (11 punti), forma e chiarezza dell’elaborato (11 punti). Il voto finale è ottenuto come media pesata tra i punteggi del colloquio (50%), del progetto individuale (20%) e del progetto di gruppo (30%), concedendo la lode per valori maggiori di 31.
Gli studenti e le studentesse con disabilità o con Disturbi Specifici di Apprendimento (DSA), oltre alla segnalazione tramite procedura informatizzata, sono invitati a comunicare anche direttamente al/la docente titolare dell'insegnamento, con un preavviso non inferiore ad una settimana dall'avvio della sessione d'esame, gli strumenti compensativi concordati con l'Unità Special Needs, al fine di permettere al/la docente la declinazione più idonea in riferimento alla specifica tipologia di esame.
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group essay;
L’esame orale è un colloquio che verte sull’accertamento della conoscenza e della comprensione della materia secondo quanto descritto ai punti 1-4 della sezione “Risultati attesi"; la sua durata è di circa 30 minuti e la valutazione è basata su chiarezza di esposizione, appropriatezza della terminologia, capacità di utilizzare e collegare tra loro i concetti appresi, capacità di proporre soluzioni ai quesiti proposti; sono anche possibili domande a chiarimento degli elaborati relativi alle esercitazioni. La valutazione massima è di 33 punti.
Gli elaborati relativi ai progetti individuale e di gruppo devono essere consegnati alle scadenze fissate durante il periodo didattico. Essi accertano le abilità e competenze descritte ai punti 5 e 6 della sezione “Risultati attesi”. La loro valutazione è espressa in trentesimi e si basa su: adeguatezza del modello (11 punti), correttezza dei risultati (11 punti), forma e chiarezza dell’elaborato (11 punti). Il voto finale è ottenuto come media pesata tra i punteggi del colloquio (50%), del progetto individuale (20%) e del progetto di gruppo (30%), concedendo la lode per valori maggiori di 31.
In addition to the message sent by the online system, students with disabilities or Specific Learning Disorders (SLD) are invited to directly inform the professor in charge of the course about the special arrangements for the exam that have been agreed with the Special Needs Unit. The professor has to be informed at least one week before the beginning of the examination session in order to provide students with the most suitable arrangements for each specific type of exam.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Come per l'esame esclusivamente in presenza.
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group essay;
To access the exam, it is required to produce a document that collects the reports on the laboratory classes, to be drawn up according to a format made available via the teaching portal. Such a document is subject to a two-level assessment (sufficient/insufficient) and does not contribute to the definition of the final grade, but only constitutes a mandatory condition to access the exam.
The exam consists in a test in which the examiner poses questions to the student in spoken form, covering the theoretical topics, the computational exercises and the laboratory classes presented during the course. The exam qualifies the student's autonomy and maturity in learning and critically applying the teaching content and leads to the attribution of a final score in thirtieths.
Modalità di esame: Prova orale obbligatoria; Elaborato scritto individuale; Elaborato scritto prodotto in gruppo;
Come per l'esame esclusivamente in presenza.
Exam: Compulsory oral exam; Individual essay; Group essay;
To access the exam, it is required to produce a document that collects the reports on the laboratory classes, to be drawn up according to a format made available via the teaching portal. Such a document is subject to a two-level assessment (sufficient/insufficient) and does not contribute to the definition of the final grade, but only constitutes a mandatory condition to access the exam.
The exam consists in a test in which the examiner poses questions to the student in spoken form, covering the theoretical topics, the computational exercises and the laboratory classes presented during the course. The exam qualifies the student's autonomy and maturity in learning and critically applying the teaching content and leads to the attribution of a final score in thirtieths.