Studio del comportamento a fatica di travi in acciaio rinforzate con lamine pultruse

This thesis work is part of the development of remedial measures and structural reinforcement of metallic elements through fiber reinforced composite materials. Attention is focused on the analysis of the fatigue behavior of IPE beams. These metallic elements in fact can be found in vehicular bridges , rail and walkways , and may be subject to maintenance due to degradation or simply because they require an increase of resistance in order to prepare them for the transit of means that solicit more structure. In particular, they are carried out of the fatigue tests on beams IPE 120 damaged by a notch on the bottom flange and reinforced with CFRP plates. The plate was fixed to the beam by means of gluing. The objective of this work is to characterize the fatigue behavior of the reinforcement and study the effectiveness of the numerical models created and of the analytical models offered in the literature. The research was carried out entirely in the linear elastic range and have used the principles of fracture mechanics to define the characteristics of propagation of the crack as a function of the increasing of the number of cycles. Before carrying out this study has been made of the preparatory studies , primarily on stretched metallic plates reinforced with pultruded plates and then we proceeded to the characterization of the beam reinforced in order to test a first analytical and numerical model capable of describing the behavior before focus on the more complex case of the reinforced beam.

Questo lavoro di tesi si colloca nell’ambito dello sviluppo di interventi di ripristino e di rinforzo strutturale di elementi metallici attraverso materiali compositi fibrorinforzati. L’attenzione è focalizzata sull’analisi del comportamento a fatica, di travi IPE. Tali elementi metallici infatti si possono trovare in ponti veicolari, ferroviari e passerelle, e possono essere soggetti a manutenzione a causa di degrado o semplicemente perché necessitano un incremento di resistenza al fine di predisporli al transito di mezzi che sollecitano maggiormente la struttura. In particolare si sono sono svolte delle prove a fatica su travi IPE 120 danneggiate da un intaglio e rinforzate sulla flangia inferiore con lamine in CFRP. La lamina è stata fissata alla trave mediante incollaggio. L’obiettivo di tale lavoro è quello di caratterizzare il comportamento a fatica di tale rinforzo e studiare l’efficacia dei modelli numerici appositamente creati e dei modelli analitici presenti in letteratura. La ricerca si è svolta interamente in campo elastico lineare e si sono utilizzati i principi di meccanica della frattura per definire la caratteristiche di propagazione della cricca in funzione dell’aumentare del numero di cicli. Prima di effettuare questo studio, si sono compiuti degli studi propedeutici, in primis su dei piatti tesi rinforzati con lamine pultruse e successivamente si è proceduto alla caratterizzazione della trave non rinforzata al fine di testare un primo modello numerico e analitico in grado di descrivere il comportamento di quest’ultima prima di focalizzarsi sul caso più complesso della trave rinforzata.