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Caso 08 — Telaio portale con cerniera interna sotto più casi di carico

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Una struttura telaio bidimensionale è soggetta a carichi statici verticali, incluse forze nodali concentrate e un carico uniformemente distribuito. Il telaio è composto da due pilastri verticali collegati da una trave orizzontale con connessioni incernierate nei nodi intermedi. Vengono valutati i diagrammi di taglio e momento per due casi di carico indipendenti.

Descrizione

Una struttura telaio 2-D è soggetta a carichi statici verticali, incluse forze concentrate e un carico distribuito. La geometria e le condizioni di vincolo sono mostrate in figura. Il telaio ha due pilastri di altezza 10 ft, distanziati di 18 ft, con connessioni incernierate nei nodi 2, 4 e 6.

Determinare:

Schema strutturale

Portal frame with internal hinge under multiple load cases

Geometria, condizioni al contorno e applicazione dei carichi nel modello di verifica.

Parametri del modello

ParametroValore
Tipo di elementoBeam element
MaterialeSteel, 30 000 ksi
Proprietà della sezioneColumns: A = 10 000 000 in², I = 13 824 in⁴; Beams: I = 27 000 in⁴
Condizioni al contornoNodes 1, 3 – fixed; Node 2 – pinned; Nodes 4, 8 – beam end releases for rods 4 and 7
Caso di carico 1Nodal load −50 kips at nodes 4, 8 and −100 kips at nodes 5, 6, 7
Caso di carico 2Uniformly distributed load −1 kips/ft for rods 4, 5, 6, 7

Risultati numerici

Caso di carico 1: Diagrammi di taglio e momento flettente

Shear force diagram for portal frame under load case LC1 Bending moment diagram for portal frame under load case LC1

Caso di carico 2: Diagrammi di taglio e momento flettente

Shear force diagram for portal frame under load case LC2 Bending moment diagram for portal frame under load case LC2

Confronto per il caso di carico 1

x/L (rod) Soluzione analitica RodX
BM (4-5) 0.000.000.00
0.251687.501687.50
0.503375.003375.00
0.75-337.50-337.50
(4-5) 1.00-4050.00-4050.00
SF (4-5) 0.00-31.25-31.25
0.25-31.25-31.25
0.5068.7568.75
0.7568.7568.75
(4-5) 1.0068.7568.75

Confronto per il caso di carico 2

x/L (rod) Soluzione analitica RodX
BM (4-5) 0.000.000.00
0.252430.002430.00
0.502430.002430.00
0.750.000.00
(4-5) 1.00-4860.00-4860.00
SF (4-5) 0.00-67.50-67.50
0.25-22.50-22.50
0.5022.5022.50
0.7567.5067.50
(4-5) 1.00112.50112.50

I risultati numerici ottenuti con RodX sono in accordo con la soluzione analitica.

Riferimenti

  1. "Manual of Steel Construction - Allowable Stress Design", American Institute of Steel Construction, Chicago, Illinois, 1989.