[Scienza delle Costruzioni] Risolvere struttura isostatica

ingyoung
Ciao a tutti,
sto facendo alcuni esercizi al fine di trovare le reazioni vincolari di semplici strutture isostatiche chiuse. Ho questa struttura:



ditemi se è corretto... come prima cosa "aprirei" in B e in E e avrò questa "sottostruttura":



a questo punto troverei le incognite VB, HB, MB, ME, HE tramite le 3 equazioni cardinali della statica + 2 equazioni ausiliarie.

(1) ΣH =0 ... +HB + HE = 0

(2) ΣV =0 ... +VB + 2F = 0 --> VB= -2F

(3) ΣMB=0 ... +MB + 2F*b + HE*b + ME = 0

(4) ΣMF(BGF)=0 ... +MB - VB*2b - 2F*b = 0 --> MB= -2Fb

a questo punto ho trovato VB e MB. Mi sono bloccato, non riesco a trovare altre equazioni ausiliarie per poter trovare HB (e HE di conseguenza) e ME. Non posso fare il momento rispetto a F dell'asta FE perché non ho elementi, e se la faccio di tutta la sottostruttura entrano sempre in gioco almeno 2 incognite e non posso risolverla.

Come potrei fare?

grazie a tutti.

Risposte
ingyoung
Ok... in rete non ho trovato nulla e sul libro è tutto molto fumoso. In buona sostanza nei miei esercizi quando c'è l'asta inclinata è sempre a 45°. Come trovo nel caso specifico N, T, M sui due tratti di asta considerati? Credo che se riesco a capire questa parte poi dovrei essere capace per tutti i casi...

ancora grazie infinite.

peppe.carbone.90
Si riconduce tutto alla scomposizione lungo le direzioni ormai note, di tutte le forze che stanno a sinistra o destra della sezione. Nel tuo caso, guardiamo a sinistra e vediamo:

- le reazioni della cerniera in $B$ (già scomposte)
- le reazioni della cerniera in $A$ (da scomporre).

Noti che quando le reazioni in un vincolo uguali e l'inclinazione del tratto è a $45°$ (come è il caso della cerniera in $B$) può essere conveniente trovare la risultante (perchè è semplice) ed eventualmente si scompone solo la risultante, invece che scomporre le due reazioni.

Adesso si tratta di scomporre le reazioni della cerniera in $A$.

Queste sono:

$V_A^((o)) = sqrt(2)/2 qb $

$V_A^((p)) = - sqrt(2)/2 qb$

$H_A^((o)) = (4 sqrt(2))/2 qb $

$ H_A^((p)) = (4 sqrt(2))/2 qb$

Dalla scomposizione noterai che la $V_A^((o))$ è concorde alla $H_A^((o))$, quindi sommandole si ottiene:

$V_A^((o))$ + $H_A^((o)) = R_A^((o)) = sqrt(2)/2 qb + (4sqrt(2))/2 qb = (5sqrt(2))/2 qb$

La $H_A^((p))$ e la $V_A^((p))$ sono invece discordi (come si vede anche dai segni, attribuiti secondo la convenzione del concio) quindi:

$H_A^((p))$ + $V_A^((p)) = R_A^((p)) = (4 sqrt(2))/2 qb - sqrt(2)/2 qb = (3sqrt(2))/2 qb$

Fatto questo, ti ritrovi con queste forze agenti su $A$


In totale hai quindi queste tre forze:


Passo quindi al calcolo delle caratteristiche di sollecitazione $N(x)$, $T(x)$, $M(x)$, e faccio riferimento a questa figura:


Le linee magenta, verde e nera con gli estremi a "palline" indicano rispettivamente i bracci delle forze $R_A^((o))$, $R_A^((p))$ e $R_B$.

Le sollecitaziono sono quindi:

$N(x) = R_A^((p)) = (3sqrt(2))/2 qb$

$T(x) = - R_B + R_A^((o)) = - 3 sqrt(2) qb + (5sqrt(2))/2 qb = - sqrt(2)/2 qb $

$M(x) = - R_B * x + R_A^((o)) * (sqrt(2) b/2 + x) - R_A^((p)) * (sqrt(2) b/2) = $

$ - 3 sqrt(2) qb * x + (5sqrt(2))/2 qb * (sqrt(2) b/2 + x) - (3sqrt(2))/2 qb * (sqrt(2) b/2) $

$= - 3 sqrt(2) qb * x + 5/2 qb^2 + (5sqrt(2))/2 qb * x - 3/2 qb^2 $

$ = - sqrt(2)/2 qb * x + qb^2 $

Negli estremi del tratto $AB$ si ha infine:

$M(0) = qb^2= 0 $
$M(sqrt(2)b) = - sqrt(2)/2 qb * sqrt(2)b + qb^2= - qb^2 + qb^2 = 0$

E questo è tutto se non ho dimenticato nulla. Spero nuovamente di non aver fatto confusione e di essermi spiegato bene. Domani comunque darò un'occhiata a quello che ho scritto perchè ho fatto tutto velocemente e ho paura di aver fatto qualche errore.

P.S. Ti ricordo che se vuoi i passaggi sulla scomposizione delle reazioni della cerniera in $A$, basta che me lo dici e li posto.

Ciao.

ingyoung
Se non è troppo lungo / problematico e hai voglia posta pure i passaggi; mi interessava una procedura analitica standard in caso di aste inclinate.

Ero convinto che bisognasse usare seno e coseno, tipo HA/cos45, HA/sin45, VA/cos45, VA/sin45 e poi sommarle in qualche modo... :oops:

peppe.carbone.90
"ingyoung":
Se non è troppo lungo / problematico e hai voglia posta pure i passaggi; mi interessava una procedura analitica standard in caso di aste inclinate.


Ok, non appena posso posto i passaggi.

"ingyoung":
Ero convinto che bisognasse usare seno e coseno, tipo HA/cos45, HA/sin45, VA/cos45, VA/sin45 e poi sommarle in qualche modo...


Si, ed infatti è proprio quello che ho fatto; solo che nello spiegare non ho evidenziato questo fatto perchè ho preferito una via "grafica" perchè credo che con le figure sia più facile da capire.

Comunque nel prossimo post vedo anche di fare un riassunto della procedura, così puoi fissare bene le idee.

Ciao.

peppe.carbone.90
[size=110]Calcolo delle caratteristiche della sollecitazione nelle aste inclinate.[/size]

Consideriamo il tuo esempio.

Per individuare gli sforzi nell’asta inclinata è necessario scomporre le forze lungo due direzioni:

1. Una direzione parallela all’asta inclinata, la quale consente di valutare lo Sforzo normale (sappiamo infatti che lo sforzo normale è diretto lungo l’asse della trave);

2. Una direzione ortogonale all’asta inclinata, la quale ci consente di valutare il Taglio (sappiamo infatti che il Taglio è diretto ortogonalmente all’asse della trave).

Nota: Se fossero presenti dei carichi (ad esempio un carico distribuito o concentrato posto sul tratto $AB$, anche questo dovrebbe essere scomposto.

(*)La scomposizione si rende dunque necessaria per tutte quelle forze che non sono dirette lungo le due direzioni sopra dette.

1. Scomposizione di tutte le forze da considerare

Nel caso specifico, decidendo di guardare a sinistra della sezione considerata, le forze da scomporre sono:

1. Le componenti orizzontale e verticale della reazione della cerniera in $A$;
2. Le componenti orizzontale e verticale della reazione della cerniera in $B$;

Queste quattro sono dunque le forze da scomporre: $H_A$, $V_A$, $H_B$ e $V_B$

Scomposizione delle reazioni in
$A$: $H_A$ e $V_A$

$H_A$ $=>$ $ { ( H_A * cos 45 = 4qb * sqrt (2)/2 = 2 sqrt(2) qb, "Componente parallela" ),( H_A * sin 45 = 4qb * sqrt (2)/2 = 2 sqrt(2) qb, "Componente ortogonale" ):} $


$V_A$ $=>$ $ { ( V_A * cos 45° = qb * sqrt (2)/2 = sqrt(2)/2 qb, "Componente parallela" ),( V_A * sin 45° = qb * sqrt (2)/2 = sqrt(2)/2 qb, "Componente ortogonale" ):} $


A questo punto le componenti dirette lungo la stessa direzione si possono sommare (i segni li assegno in base alla convenzione del conio, che mi dice quali forze sono positive e quali negative):

$H_A * \cos 45° - V_A * \cos 45° = 2 sqrt(2) qb - sqrt(2)/2 qb = (3sqrt(2))/2 qb $ $=>$ $"Forza totale agente in direzione parallela"$

$H_A * \sin 45° + V_A * \sin 45° = 2 sqrt(2) qb + sqrt(2)/2 qb = (5sqrt(2))/2 qb $ $=>$ $"Forza totale agente in direzione ortogonale"$

Scomposizione delle reazione in $B$:

Dal momento che in $B$ le reazioni orizzontale e verticale sono uguali e dal momento che formano un angolo di $45°$ con le direzioni di scomposizione, si preferisce non scomporre le due reazioni, ma sommarle, trovando il risultante. In questo modo si avrà una forza diretta già ortogonalmente al tratto inclinato:

$H_B + V_B = sqrt ((3qb)^2 + (3qb)^2) = sqrt (2 (3qb)^2) = 3 sqrt (2) qb$

Ciò non toglie che si possono ripetere gli stessi ragionamenti fatti per le reazioni in $A$.


2. Calcolo delle caratteristiche della sollecitazione

Adesso, avendo scomposto tutte le forze secondo le direzioni che contribuiscono a Sforzo normale, Taglio e Momento per l’asta inclinata, possiamo calcolare le sollecitazioni:

Tratto $BD$, per $0
$N(x) = (3sqrt(2))/2 qb$

$T(x) = (5sqrt(2))/2 qb - 3 sqrt (2) qb = - sqrt(2)/2 qb$

Prima di iniziare il calcolo del momento, conviene ricavare i bracci (qui puoi fare riferimento all'immagine che ho postato precedentemente)

$M(x) = - 3 sqrt (2) qb * x - (3sqrt(2))/2 qb * x + (5sqrt(2))/2 qb * 2x = - (3sqrt(2))/2 qb * x + 2 sqrt(2)qb *x= sqrt(2)/2 qb *x $

Poi:

$M(0) = 0$

$M(sqrt(2)b) = sqrt(2)/2 qb * sqrt(2)b = qb^2 $

Non sò se era questo quello di cui avevi bisogno, però volevo aggiungere che alla procedura analitica devi necessariamente affiancare la procedura grafica, perchè questa ti consente di vedere i versi delle forze scomposte e quindi ti consente di capire se sono positive o negative. Se poi gli angoli sono "notevoli" (come quello di $45°$) dalla scomposizione grafica puoi calcolare subito anche i valori delle componenti, perchè sono noti i valori di seno e coseno.

Riassumo brevemente per punti tutta la procedura:

1. Scelta la sezione scomponi (tramite procedura grafica) tutte le forze a desta o sinistra lungo le direzioni parallela e ortogonale al tratto inclinato, ricavando versi e valori delle forze scomposte;

2. Se ci sono casi particolari come quello della cerniera in $B$, fai prima a trovare la risultante e non a scomporre;

3. Sommi eventuali forze dirette lungo la stessa direzione, stando attento ai versi, ovvero ai segni di tali forze (segni che nella fase di "somma" attribuisci secondo la convenzione del concio);

4. Calcoli le sollecitazioni come sai.

Per dubbi o chiarimenti chiedi pure.

P.S. Ho evitato di mettere immagini perchè quelle che servivano erano tutte nel mio post precedente (che ho aggiornato aggiungendo i passaggi che avevo saltato sulla scomposizione delle reazioni in $A$).

peppe.carbone.90
Ti volevo dire che ho sbagliato i bracci dei momenti :oops: . Adesso comunque li ho corretti sia nell'immagine (in questo post) sia nei conti. Spero non ci siano altri errori sparsi per i post che ho scritto.

Ciao e scusami tanto.

ingyoung
Ciao, rieccomi qui... non sono andato in ferie ma ho avuto ahimè altri esami e questo non è andato molto bene purtroppo; era abbastanza difficile, sono riuscito solo a trovare le reazioni vincolari, che mi hanno portato via un bel po' di tempo, poi per i diagrammi ho sbagliato parecchie cose.

Sto riprendendo in mano un po' tutto, ho visto le tue correzioni relative alle aste inclinate e ti ringrazio.
Ora ho un altro problema... dimmi tu se è corretta la procedura:

Solita struttura:



"stacco" e risolvo l'arco a 3 cerniere BGFED, risulta questa situazione



a questo punto le inserisco opposte nella struttura originaria esplicitando le reazioni vincolari HA, VA, HH, VH



Visto che ho 4 incognite, oltre le 3 equazioni cardinali della statica mi occorre un'equazione ausiliaria... è corretto, secondo te isolare l'asta CDH così:

e imporre l'equilibrio alla traslazione verticale, trovando quindi VH= 0?

è tutto corretto fin'ora secondo te?

Poi ho un altro dubbio relativo alle azioni interne ma te lo scrivo dopo, per non mettere troppa carne al fuoco...

grazie ancora, a presto!

alessia00
scusate se mi intrometto, anche a me è sorto un dubbio sul calcolo delle forze risultanti.
Ho letto sopra nel messaggio di JoJo_90 nel punto 3 che per la somma devo prendere come segni positivi e negativi quelli dati dalla convenzione del concio.
nel mio caso



la somma delle forze AB è =0
e la somma delle altre due è -3pl/radice di 2...
Il mio dubbio: è possibile che da due forze positive esca una risultante nulla e una negativa?!?!

icewarm
SAlve a tutti, ho un dubbio.
è vero che la convenzione sui segni per le caratteristiche della sollecitazione(ovvero ad esempio sx del concio infinitesimo Il taglio va verso l'altro il Momento è orario e lo sforzo normale è uscente) valgono solo se il sistema di riferimento è orientato con la Y verso il basso e la X verso dx?

chiedo questo perché facendo verifiche di resistenza di strutture in 3d dovrei fare i diagrammi delle varie aste che però non hanno sempre lo stesso sist di riferimento( allego l'esercizio in ALEEGATO)
come faccio se ho il sistema di riferimento non "standard" y in basso e x a dx?
grazie mille

alessia00
Ciao, guardando la tua struttura sembra che giace tutta sul piano yx.
Potresti mettere una foto dove si vede un po' meglio che nn riesco a vedere i numeri, così riesco a provare a fare l'esercizio.

peppe.carbone.90
[xdom="JoJo_90"]@icewarm: è vietato postare lo stesso messaggio in due discussioni diverse. Ho eliminato quello presente in questa discussione. Si continua quì.

P.S. Per postare le immagini è meglio non utilizzare la funzione ALLEGATO, ma incorporare il codice (inoltre si consiglia vivamente di seguire queste indicazioni.)[/xdom]

Kate901
salve, scusate semi intrometto :) avrei una domanda.Durante la risoluzione della struttura, quando cioè la spezzo per tracciare i diagrammi, mi conviene anche dividererlain corrispondenzadegli incastri? Perchè su un libro che avevo speza proprio tutto, ma così facendo mi confondo molto! grazie

ELWOOD1
Dipende sempre da caso a caso....naturalmente il fine di spezzare la struttura non comporta la sua risoluzione o meno, credo quindi sia solamente una cosa che dipenda dalla praticità individuale.

Comunque potresti postare un esempio e dirci dove trovi difficoltà.

Kate901
:) ok. allora questo è l'esercizio. Ma vorrei capire, una volta trovate, mi conviene spezzare la struttura in corrispondenza di A e B? dovrei mettere poi delle forze per equilibrare? e nel caso, queste forze sarebbero relative all'asta interna in seguito al taglio , mentre ci sono anche le reazioni vincolari delle 2 cerniere. Lo sò sono molti dubbi, difatti poi mi confondo un sacco per il tracciamento dei diagrammi. O anche non spezzandola, non riesco comunque a tracciare i diagrammi, in particolar modo quello del taglio. Grazie!

ELWOOD1
Ma onestamente quella struttura a me pare labile data la presenza delle cerniere...non trovi?

Kate901
dovrebbe essere una semplice isostatica. Ma non essendo pratica ancora non ci giurerei : D. non dovrebbero essere allineati i centri assoluti e relativi delle cerniere se cos'ì fosse?

ansawo
dovrebbe avere 1 grado di libertà

ciò non vuol dire insolubile...è solo raro che venga dato da studiare un problema simile...

Kate901
ma scusate..non capisco.Perchè? Sono 3 cerniere interne ciascuna con 2 gradi di vincolo.. il carrello e la cerniera esterni non spezzano la struttura perciò hanno 1 e 2 gradi di vincolo.. in totale 9 gv. Sono tre aste quindi 9 gradi di libertà, 9-9=0 ?

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