Author Topic: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita  (Read 13935 times)

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Offline mg

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Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« on: 11 November , 2011, 09:58:24 AM »
Vorrei verificare una muratura di altezza H soggetta al sisma. Tale muratura, che sostiene solo se stessa, è quindi soggetta all'azione sismica legata alla sua massa.

Come posso schematizzare questo problema.
Sono obbligato a fare un'analisi con spettro di risposta essendo presenti n masse oppure esiste una possibilità di semplificare il problema?

Stavo valutando il calcolo degli n periodi propri con la teoria delle travi sottili ma al momento mi sembra che l'approccio, sopratutto per sezioni con una certa inerzia, sia molto approssimato. Questo calcolo avrebbe permesso di superare lo scoglio del problema auvalori - autovettori...
http://staff.polito.it/marco.paggi/Dinamica.pdf

Marco
« Last Edit: 11 November , 2011, 10:05:27 AM by mg »

Offline ing.Max

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #1 on: 11 November , 2011, 10:10:23 AM »
Sono obbligato a fare un'analisi con spettro di risposta essendo presenti n masse oppure esiste una possibilità di semplificare il problema?
usare la 7.2.3 è troppo semplificativo?
a giudicare quello che proponi forse mi è sfuggito il senso del problema che sollevi...
"La conoscenza non occupa spazio"

zax2010

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #2 on: 11 November , 2011, 10:24:44 AM »
Se può esserti utile, il primo periodo di vibrazione di una mensola incastrata e soggetta a carico uniforme, vale:

T=8*L^2/[pi.greco*radq((E*J)/(q/g))]

Dove L=luce mensola, E e J modulo di elasticità materiale e J inerzia sezione della mensola, q=carico uniformemente distribuito, g=accelerazione di gravità.

Attento alla formula, che qui nel forum non viene scritta bene, per quanto riguarda i denominatori, ecc. Ed anche alle unità di misura (ad esempio se metti tutto in cm, per g inserire 981).

Offline mg

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Re: Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #3 on: 11 November , 2011, 11:56:30 AM »
usare la 7.2.3 è troppo semplificativo?
a giudicare quello che proponi forse mi è sfuggito il senso del problema che sollevi...

Vorrei analizzare il problema, per il momento, in modo generale: mensola non parte di un edificio. Poi vedrò come comportarmi per il 7.2.3. Rimane comunque il problema di valutare il periodo proprio.

Se può esserti utile, il primo periodo di vibrazione di una mensola incastrata e soggetta a carico uniforme, vale:

T=8*L^2/[pi.greco*radq((E*J)/(q/g))]

Dove L=luce mensola, E e J modulo di elasticità materiale e J inerzia sezione della mensola, q=carico uniformemente distribuito, g=accelerazione di gravità.

Attento alla formula, che qui nel forum non viene scritta bene, per quanto riguarda i denominatori, ecc. Ed anche alle unità di misura (ad esempio se metti tutto in cm, per g inserire 981).

Giustamente parli di primo modo di vibrare, bisognerebbe vedere che massa associata ha. In alcuni esempi che ho fatto è dell'ordine del 66%.
Ti posso chiedere Zax se hai una documentazione, un riferimento?

Magari conoscere in modo parametrico i periodi propri dei primi n modi di vibrare sarebbe molto interessante.

Al momento ho fatto diverse prove, considerando un muro H=3, 4 oppure 5m, sp nei tre casi sempre = 250mm, facendo un'analsi modale e facendo un'analsi con una sola massa concentrata, la situaizone di maggior corrispondenza, a livello di momento e non di taglio, si ha quando concentro la massa in mezzeria del muro. Questa corrispondenza è però, a mio avviso, valida in sole alcune condizioni, e non certo in generale.
 
La domanda che mi pongo è: esiste un metodo semplificato che mi permette di fare un'analsi con una sola massa concentrata? Ad esempio si potrebbe pensare di concentrare la massa nel baricentro: questo approccio però NON mi sembra giustificabile...

In conclusione, l'unico approccio possibile è l'analsi modale con spettro? Se sì, come ha detto zax, esistono già tabulati i periodi dei primi n modi di vibrare? Avendo i periodi almeno si salta il passaggio " un po' " oneroso del calcolo autovalori - autovettori.

MArco
« Last Edit: 11 November , 2011, 12:04:07 PM by mg »

zax2010

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #4 on: 11 November , 2011, 12:31:54 PM »
Io la formula di cui sopra l'ho tirata fuori dal Cremonese.
A dire il vero espressa non come T ma come omega. Ma sono presenti anche gli altri periodi di vibrazione.
Ti faccio una scansione e pubblico quella sola pagina.

Amministratori del forum è possibile?

zax2010

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #5 on: 11 November , 2011, 13:06:17 PM »
Va beh. Io vado, al limite saranno gli amministratori ad intervenire.


EDIT: LINK RIMOSSO

Di mio pugno una correzione.
Il valore mu*A altro non è che il precedente q/g

[admin]Pagina di un libro soggetta a copyright[/admin]
« Last Edit: 17 November , 2011, 19:02:25 PM by Gilean »

Offline mg

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #6 on: 11 November , 2011, 14:13:07 PM »
Grazie zax, ma come evidenziato nel mio primo post (vedi link) mi sembra che questi periodi risultino eccessivamente approssimati quando le sezioni non sono snelle. Dovrei avere il libro e ora provo a dare un occhio se sono specificate delle limitazione alla validità.

MArco

zax2010

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #7 on: 11 November , 2011, 14:26:51 PM »
Aspetta, tu vuoi le frequenze del setto murario nel suo piano, a lastra per intenderci, non fuori piano. Sto capendo bene?

Offline mg

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #8 on: 11 November , 2011, 14:39:47 PM »
Aspetta, tu vuoi le frequenze del setto murario nel suo piano, a lastra per intenderci, non fuori piano. Sto capendo bene?

Sto studiando il comportamento fuori piano della muratura. Nel file allegato evidenziano che per una mensola L=1m e sezione 10x10mm le frequenze calcolate sono molto ben approssimate a quelle reali, ma per sezione 100x100mm solo le prime tre frequenze risultano ben approssimate.

Eseguendo un'analsi modale di una mensola H=3, 4 o 5m, spessore 250mm noto che circa le prime 7 frequenze risultano importanti.
Ora, mentre scrivo, mi sono accorto che le prime 7 significa in tutte le direzioni, effettivamente in una sola direzione sono 3. Quindi l'utilizzo delle formule da te citate penso sia più che legittimo.

Ora provo ad applicarle per la mia sezione e confrontare i periodi calcolati con quelli di straus. Poi ti faccio sapere. Se l'approssimazione sarà accettabile, come penso, vorrà dire che la risoluzione del problema autovalori - autovettori potrò evitarmela.

Grazie

Offline mg

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #9 on: 11 November , 2011, 17:23:29 PM »
Eccomi, ho fatto alcune verifiche.

Premetto che quanto postato da zax rispecchia quanto riportato nel file del mio primo post considerando, per il primo modo della mensola, il valore riportato dal libro e non quello corretto a mano.

Le frequenze calcolate con le formule sopra riportate presentano i seguenti errori rispetto ai valori calcolati con straus 7.
H=5m - sezione 1mx0.25m --> i primi quattro modi di vibrare nella direzione interessata errore <3.7%
H=4m - sezione 1mx0.25m --> i primi quattro modi di vibrare nella direzione interessata errore <5.8%
H=3m - sezione 1mx0.25m --> i primi due modi di vibrare nella direzione interessata errore <4.4%, terzo modo errore 7.2%, quarto modo errore 10.4%
H=2m - sezione 1mx0.25m --> primo modo di vibrare nella direzione interessata errore <2.9%, secondo modo errore9.7%, terzo modo errore 16%, quarto modo errore 30.4%

Per tutte e 4 le mesh i primi 3 modi hanno associato almeno il 90% massa totale.
Nella quarta mesh i primi 2 modi hanno associato il 90% della massa totale.
Il primo modo ha in genere associato il 65-68% della massa.

Penso quindi di utilizzare questo approccio per stimare le frequenze. E' chiaro comunque che considerare le frequenze calcolate con la formula in un sistema discretizzato con n masse (n=4 ad esempio) comporta un ulteriore errore. Nel senso che se risolvo il determinante di una struttura con n masse ottengo frequenze diverse da quelle calcolate con la formula poichè le masse ipotizzate dalla formula sono "quasi infinite".

Proverò ora a guardare come risolvere il determinante, vediamo se la fattorizzazione LU è difficile da scrivere in vb....

Grazie
MArco



« Last Edit: 11 November , 2011, 18:24:18 PM by mg »

zax2010

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #10 on: 11 November , 2011, 18:42:31 PM »
Le masse ipotizzate dalla formula non sono "quasi infinite" ma "uniformemente distribuite".
A meno che tu non intenda che invece di avere n masse tu non ne abbia nel caso in specie n tendenti ad infinito.

La correzione a matita risale a qualche tempo fa e deriverebbe dalla formula riportata per i>3 nella tabella ma imponendo i=1. Poichè per i=2 ed i=3 applicando la formula si ottengono i valori numerici di i=2 ed i=3 di tabella, come mai essa non sarebbe più valida per i=1?
Per le altre travi se provi la formula ti torna sempre tutto, sia per i=1 che per i=2 che per i=3

Offline mircof

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #11 on: 12 November , 2011, 17:28:57 PM »
Studiare il problema come si fa nel caso dei cinematismi locali di collasso?
Momento ribaltante contro momento stabilizzante.
Determinando il valore minimo dell'accelerazione sismica che determina il collasso per ribaltamento.

Se può interessare in fondo alla pagina linkata il software C.I.N.E. (è un File excel) per lo studio dei meccanismi locali di collasso
http://www.reluis.it/index.php?option=com_content&view=article&id=72&lang=it

Offline mg

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #12 on: 14 November , 2011, 10:24:25 AM »
Le masse ipotizzate dalla formula non sono "quasi infinite" ma "uniformemente distribuite".
A meno che tu non intenda che invece di avere n masse tu non ne abbia nel caso in specie n tendenti ad infinito.
Hai ragione, mi sono espresso male. Le masse "quasi infinite" sono quelle di Straus, nel senso che seppure inserisco beam con una densità, il programma per ovvi motivi, deve discretizzarle in un numero finito che nel caso di "consistent mass" sia elevato, anche se non certo "quasi infinito" (ho un po' esagerato). Discorso diverso è il caso di "lumped mass".

La correzione a matita risale a qualche tempo fa e deriverebbe dalla formula riportata per i>3 nella tabella ma imponendo i=1. Poichè per i=2 ed i=3 applicando la formula si ottengono i valori numerici di i=2 ed i=3 di tabella, come mai essa non sarebbe più valida per i=1?
Per le altre travi se provi la formula ti torna sempre tutto, sia per i=1 che per i=2 che per i=3

Non so rispondere alla tua domanda. Ho solo evidenziato che facendo l'analisi in straus e applicando sia la formula da te suggerita sia quella riportata nel link del mio primo post i valori coincidono se si considera i valori non corretti a matita.

Ora penso di provare a seguire, appena ho qualche attimo, la via maestra della risoluzione del problema autovalori e autovettori. Mi riferirò sicuramente a diversi metodi scaricabili in internet e vedrò di riempire la matrice M e K per il problema in questione a mano.

Ciao
Appena fatto magari ti faccio sapere quanto programmato, se può interessare
« Last Edit: 14 November , 2011, 11:32:08 AM by mg »

Offline mg

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #13 on: 15 November , 2011, 18:14:56 PM »
Apro un'altra discussione (nella sezione "C#, Excel...") in cui riporto le righe di programma scritte per effettuare l'analsi modale con spettro di risposta noti M e K.

Per applicare il codice scritto al problema esaminato in questa discussione si deve creare la matrice K.

Marco

« Last Edit: 15 November , 2011, 20:44:50 PM by mg »

Offline pasquale

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Re: Verifica sismica di una mensola con massa distribuita
« Reply #14 on: 15 November , 2011, 19:56:36 PM »
come dice mircof, anche secondo me il comportamento non è come una mensola ma di corpo rigido appoggiato a terra e soggetto ad un certo accelerogramma;
esistono vari studi sull'argomento fatti ad es. dal prof. Paolo Jossa, ricordo un articolo apparso pochi mesi fa su Ingegneria sismica,
se ne parla anche in questo testo http://gndt.ingv.it/Pubblicazioni/Liberatore_Beni_Archeologici/Liberatore_Beni_Archeologici_copertina.htm

« Last Edit: 15 November , 2011, 19:58:37 PM by pasquale »
impossibile est ut is faciat, qui nescit quomodo fiat
(Arnold Geulincx)

 

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