Analisi limite e non lineare di ponti in calcestruzzo armato

Il presente lavoro di Tesi tratta l’analisi limite e l’analisi non lineare di ponti in calcestruzzo armato. L’obiettivo è quello di studiarne il comportamento e stimare la capacità portante ultima, evidenziando le modalità e le cause di collasso, nonché le relative criticità. Il problema viene affrontato mediante diversi tipi di analisi. Attraverso un’analisi non lineare è possibile cogliere le non linearità proprie dei materiali (calcestruzzo, acciaio normale ed incrudente) oppure le non linearità geometriche indotte dal cambio di configurazione. In questo lavoro le diverse cause di non linearità vengono trattate e formulate separatamente, con l’obiettivo di comprenderne la relativa importanza. In particolare è stato messo a punto un codice di calcolo che contiene sia un elemento finito di trave dedicato a strutture in c.a., sia un elemento biella che, mediante il modulo di Ernst-Dishinger, consente, nel caso ad esempio di ponti strallati, di considerare le non linearità tipiche del comportamento tensoirrigidente dei cavi impiegati con la funzione di stralli. Un altro e diverso tipo di analisi è quello ottenuto sfruttando i metodi del calcolo a rottura che permette di cogliere le modalità con le quali lo stato ultimo della struttura viene raggiunto. E’ stato così formulato un altro codice di calcolo, con approccio in flessibilità, che risolve i teoremi dell’analisi limite consentendo di individuare, oltre al valore di carico ultimo, la distribuzione delle sollecitazioni a collasso incipiente, nonché un meccanismo di collasso che ne definisca le modalità. Parte comune sia all’analisi limite che all’analisi non lineare è la messa a punto di un adeguato modulo in grado di studiare la risposta tenso deformativa di una generica sezione in c.a.. I contributi di originalità qui formiti risiedono nella strategia di discretizzazione adottata a livello sezionale che consente, mediante trasformazioni parametriche, di trattare in modo efficace sezioni in c.a. di forma arbitraria, formate sia da sottodomini trapezoidali sia da sottodomini circolari o circolari-cavi. La tecnica messa a punto vede, inoltre, il classico approccio a fibre come caso particolare. I codici sono stati validati mediante benchmarks classici sia a livello della sezione (momenti curvatura, domini di interazione) sia a livello strutturale (colonne snelle, portali e archi in calcestruzzo armato). Con il metodo dell’analisi limite particolare attenzione è stata rivolta alle strutture intelaiate quali, ad esempio, i sistemi collaboranti arco-trave, in cui assume un ruolo fondamentale l’accoppiamento tra azione assiale e momento flettente. Gli sviluppi numerici vengono svolti esaminando il comportamento di ponti già studiati da altri Autori con diverse tecniche di analisi. Per gli esempi trattati è stata fatta una doppia analisi in modo da verificare che le zone per le quali nell’analisi non lineare è avvenuta la rottura corrispondano poi alle zone di formazione di giunti plastici, consentendo di cogliere così la cinematica a collasso. Il ruolo delle non linearità è stato inoltre studiato mettendo a confronto i risultati ottenuti con un’analisi elastica, con un’analisi che considera la sola non linearità geometrica e con quella che considera sia la non linearità meccanica che quella geometrica. Per i ponti strallati infine è stato possibile confrontare le diverse configurazioni del sistema di sospensione (Fan, Semi-Fan o Harp) in termini di capacità portante, di deformabilità e di efficienza statica, mostrando come l’elemento di criticità di una struttura strallata risulti essere l’antenna che è chiamata a sorreggere l’impalcato e a convogliarne le azioni a terra. La presente Tesi è il risultato di due fasi di lavoro: la prima, realizzata da Deborah Briccola ed Elisa Conti, in cui si è dato spazio allo studio di sezioni di forma arbitraria, alla formulazione dell’elemento di trave in c.a. e all’analsi dei ponti strallati; la seconda, a cura di Elisa Conti, dedicata allo studio dei teoremi dell’analisi limite e alla loro applicazione, con particolare riferimento a strutture ad arco e ad esempi già analizzati con i quali effettuare confronti. Per quanto detto la Tesi è così suddivisa: dopo un’introduzione che permette di contestualizzare il lavoro, si procede alla descrizione del c.a. a livello sezionale, parte comune sia dell’analisi limite, sia di quella non lineare. In seguito si trattano la parte di analisi limite, quella di analisi non lineare, e si conclude con la parte dedicata alle applicazioni (ponti strallati e ponti ad arco).