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Prove dinamiche In genere le prove di carico statiche sono utilizzate per saggiare la risposta di strutture ai carichi verticali Le prove di carico con.

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Presentazione sul tema: "Prove dinamiche In genere le prove di carico statiche sono utilizzate per saggiare la risposta di strutture ai carichi verticali Le prove di carico con."— Transcript della presentazione:

1 Prove dinamiche In genere le prove di carico statiche sono utilizzate per saggiare la risposta di strutture ai carichi verticali Le prove di carico con azioni orizzontali risultano spesso inattuabili per la difficoltà di disporre di una struttura di contrasto abbastanza rigida e più resistente della struttura in prova e di una struttura di riferimento per gli strumenti di misura che non abbia movimenti durante tutto il corso della prova In questi casi, e su strutture che si prevede siano cimentate da importanti azioni dinamiche, è conveniente condurre prove dinamiche

2 Si effettuano sottoponendo la struttura ad una eccitazione dinamica (variabile nel tempo) e registrando la risposta, anchessa dinamica, in termini di spostamenti, velocità, accelerazioni. Lobiettivo è ricavare le caratteristiche dinamiche della struttura che sono legate alle caratteristiche di massa e di rigidezza. naturale: vento, traffico, sisma,... eccitazione forzata: rilascio, urto, vibrodina, campane,...

3 m k Consideriamo una struttura particolarmente semplice, dotata di una massa, m, concentrata in un punto e vincolata al terreno tramite un organo elastico, di rigidezza k OSCILLATORE SEMPLICE

4 Se si perturba lequilibrio statico della massa: imprimendo uno spostamento iniziale e rilasciando imprimendo una velocità iniziale (urto) la struttura inizia a vibrare intorno alla posizione di equilibrio statico, con una frequenza che dipende solo dalle caratteristiche di rigidezza e di massa della struttura: PROPRIANATURALE FREQUENZA DI VIBRAZIONE Oscillazioni libere

5 Nelle prove di rilascio o di urto: si provocano le vibrazioni libere della struttura si registrano accelerazioni o spostamenti nel tempo si ricavano frequenza propria di vibrazione e smorzamento note le masse, si ricavano informazioni sulle rigidezze Prove di rilascio e urto

6 Se si sollecita una struttura con una forza variabile nel tempo, ad esempio periodica, la struttura entra in vibrazione. La risposta della struttura (cioè lo spostamento rispetto alla posizione di equilibrio statico, o la velocità, o la accelerazione) è anchessa variabile nel tempo con la stessa frequenza della forzante. A parità di intensità della forza applicata, la risposta è tanto più grande quanto più la frequenza della forzante si avvicina alla frequenza propria della struttura Vibrazioni forzate RISONANZA

7 Grafico della risposta nel tempo Ampiezza della risposta in funzione della frequenza

8 Si sollecita la struttura con una forzante periodica di frequenza variabile con continuità Si registra la risposta della struttura nel tempo Si rileva la frequenza della forzante, o della risposta, in corrispondenza della massima ampiezza di risposta Tale frequenza è la frequenza propria di vibrazione della struttura Prove di vibrazione forzata

9 In una prova dinamica con eccitazione naturale, in genere non è misurabile lintensità della forzante; si misura solo la risposta della struttura alleccitazione dinamica: spostamento rispetto alla posizione di equilibrio statico velocità accelerazione Lelaborazione dei dati di risposta è in generale più complessa ed i risultati talvolta più incerti. Prove con eccitazione naturale

10 In una prova dinamica, la risposta della struttura è nota attraverso la misura di spostamenti velocità accelerazioni Si può sempre passare da una grandezza all'altra, attraverso le leggi della dinamica. Per moto sinusoidale, ad es.: Ove possibile, è conveniente misurare le accelerazioni, perché le altre quantità si ricavano per integrazione, operazione che dà risultati più affidabili che non la derivazione. a accelerazione v velocità s spostamento

11 I dati di risposta della prova dinamica, opportunamente elaborati: forniscono le caratteristiche dinamiche della struttura: frequenze proprie smorzamenti forme modali dipendono direttamente da masse e rigidezze delle strutture Quindi anche le prove dinamiche forniscono informazioni dirette sulle rigidezze e non sulle resistenze come per le prove statiche, le caratteristiche dinamiche sperimentali si confrontano con quelle ricavate dai calcoli nel dominio delle frequenze nel dominio del tempo

12 La forza dinamica periodica può essere generata dal moto rotatorio uniforme di un corpo per un asse non passante per il suo baricentro. velocita' angolare l distanza della massa m dal centro di rotazione F forza centrifuga, orientata come OP le sue componenti secondo gli assi x ed y variano con legge sinusoidale e sono sfasate fra loro di un quarto di periodo Vibrodina

13 vibrodina a masse controrotanti Se si accoppiano, in posizione simmetrica rispetto alla normale alla congiungente i centri di rotazione, due masse uguali rotanti con velocità angolare opposta, la forza risultante ha per retta d'azione la normale alla congiungente i centri di rotazione e varia con legge sinusoidale

14 Con una macchina così concepita, si effettuano prove dinamiche, in cui la frequenza della forzante può essere variata con continuità. Si possono ottenere diagrammi dellampiezza della risposta in funzione della frequenza della forzante. In corrispondenza del massimo dellampiezza di risposta, si individua il valore della frequenza propria della struttura.

15 Il principio di funzionamento è quello dell'oscillatore semplice, costituito da una massa collegata al supporto tramite un organo elastico ed uno smorzatore. Il supporto è fissato rigidamente alla struttura di cui si vuole misurare le accelerazioni. Gli strumenti più utilizzati sono gli accelerometri strumenti a riferimento inerziale assoluti La misura della risposta è in genere effettuata tramite strumenti a riferimento inerziale : il sistema di riferimento rispetto al quale si misurano gli spostamenti è costituito da una massa inerziale; pertanto sono trasduttori di spostamento, velocità o accelerazione assoluti.

16 Misurando lo spostamento della massa relativo al supporto, attraverso un coefficiente di taratura si ottiene la misura dell'accelerazione della struttura. Certi tipi di accelerometri sono equipaggiati con trasduttori induttivi per la misura dello spostamento relativo fra massa e supporto, altri, i più moderni e sensibili, sono di tipo piezoelettrico. La massa risponde alla vibrazione con uno spostamento relativo al supporto, spostamento che, per determinati valori del rapporto massa/rigidezza della molla, ed in un certo range di frequenze di vibrazione, è direttamente proporzionale alla accelerazione della base.

17 Costruiti sullo stesso principio, esistono trasduttori di spostamento o di velocità: cambiano le masse e le rigidezze delle molle. L'utilizzo di un tipo di strumento piuttosto che un altro dipende dall'entità delle grandezze in gioco, frequenze comprese. Es: se le frequenze in gioco sono piccole, può convenire di misurare gli spostamenti, perché hanno valori più grandi e quindi si possono registrare anche con strumenti meno sensibili. In genere, i più utilizzati sono gli accelerometri perché sono di dimensioni e peso più ridotti.

18 prove statiche e dinamiche di rilascio su un serbatoio pensile in cemento armato Un esempio

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23 prova a serbatoio pieno

24 prova a serbatoio vuoto

25 f [Hz] [%] a1a2a3a4a6 prova 1P prova 1V prova 2V prova 3V

26 F x [kN] 1 [mm] 2 [mm] sperimentale73,092,441,42 teorico73,092,521,47 Identificazione strutturale

27 f [Hz]a1a2a3a4a6 serbatoio pieno sperimentale teorico serbatoio vuoto sperimentale teorico

28 Misura delle vibrazioni ed effetti sulle costruzioni e sulle persone Il problema della misura di vibrazioni si presenta abbastanza spesso e sempre più di frequente, in conseguenza dell'aumento delle cause che le producono: traffico stradale, metropolitane, ferrovie, macchine per esecuzione di lavori edili, ecc. Le vibrazioni dei fabbricati possono essere causa di: disturbo alle attività umane danni alle strutture danni ad elementi di pregio contenuti negli edifici malfunzionamento di strumenti o apparecchiature

29 Il problema si pone nei seguenti termini: la misura delle vibrazioni l'analisi degli effetti il giudizio sull'accettabilità delle vibrazioni La misura delle vibrazioni è effettuata tramite accelerometri, o trasduttori dinamici di spostamento o di velocità

30 Analisi degli effetti e giudizio sull'accettabilità dipende dal tipo di problema posto: disturbo agli occupanti: UNI , UNI forniscono indicazioni sulle misure da effettuare, sulle elaborazioni di tali misure e valori di confronto per stabilire l'accettabilità (derivazione dalla medicina del lavoro) disturbo a strumentazioni e lavorazioni di precisione: i livelli di disturbo sono ben noti, fanno parte delle caratteristiche di impiego degli strumenti

31 danno strutturale: se si tratta di sollecitazioni di fatica (sollecitazioni cicliche a livelli abbastanza alti di tensione) la procedura di valutazione è ben nota: stato limite ultimo di fatica per strutture in acciaio e in c.a. se si tratta di vibrazioni ambientali, in genere il livello delle vibrazioni è molto basso ma molto grande è il numero di cicli a cui è soggetta la struttura nella sua vita. in generale, ma specialmente per le strutture in muratura che sono le più sensibili a questi fenomeni, non si dispone di relazioni ben verificate i materiali privi di coesione sono i più sensibili alle vibrazioni, perché le particelle vibrano ciascuna per conto proprio: si possono avere compattazioni, ulteriore perdita di consistenza, ecc. lo stesso vale per le strutture se le varie parti non sono ben connesse fra loro

32 il riferimento è la UNI 9916 che riporta una classificazione degli edifici (in funzione della tipologia, del tipo di struttura, delle fondazioni e del tipo di terreno) secondo la resistenza meccanica alle vibrazioni e la tolleranza accettabile per gli effetti delle vibrazioni sono forniti poi dei valori, da considerare "orientativi" per esplicita ammissione, dei livelli di vibrazione ritenuti accettabili (in termini di velocità di vibrazione)


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