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Autore
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Filip Łukasik
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Oggetto della presente tesi di laurea è lo studio della progettazione di travi in acciaio con grandi aperture nell'anima. La tesi si compone di una parte di studio e di una parte progettuale-sperimentale.
Nella parte di studio sono state presentate una revisione della letteratura e lo stato attuale delle conoscenze nel campo delle travi forate. Sono stati discussi l'evoluzione e l'applicazione di questi elementi, le forme tipiche delle aperture e i meccanismi di rottura locali caratteristici, tra cui il meccanismo di Vierendeel e l'instabilità del montante d'anima tra le aperture. Sono state raccolte le regole per la progettazione dei rinforzi (piatti orizzontali e verticali, anelli di irrigidimento), le limitazioni geometriche e una serie di procedure di dimensionamento secondo la più recente generazione di normative Eurocodice – le norme EN 1993-1-13:2024 ed EN 1993-1-14:2024.
Nella parte progettuale-sperimentale sono state condotte prove sperimentali su quattro travi in acciaio realizzate con profilo IPE300, con aperture circolari. Gli elementi sono stati suddivisi in due coppie varianti – con interasse ampio e ridotto – e in ciascuna coppia sono state testate una trave senza rinforzi e una con rinforzi delle aperture sotto forma di manicotti in tubo d'acciaio. Le travi sono state caricate secondo uno schema di flessione a tre punti, registrando la forza, la freccia, le deformazioni puntuali e il campo di deformazione mediante il metodo DIC. I risultati ottenuti sono stati confrontati con calcoli analitici eseguiti secondo la EN 1993-1-13 e con un'analisi numerica con metodologia EF (GMNIA) condotta nel programma Dlubal RFEM 6.
Le analisi condotte hanno permesso di confermare che la capacità delle travi con aperture dipende principalmente dai meccanismi di rottura locali. Per le travi con interasse ampio, il meccanismo determinante è stato la flessione di Vierendeel, mentre per l'interasse ridotto sono stati i meccanismi associati al montante d'anima tra le aperture. È stato dimostrato che il rinforzo ad anello riduce efficacemente il picco di tensione sul bordo dell'apertura e aumenta la capacità a flessione di Vierendeel, portando il comportamento della trave indebolita ad avvicinarsi a quello di un elemento a parete piena. È stata ottenuta una buona concordanza dei risultati sperimentali, analitici e numerici, sia in termini di capacità che di modalità di rottura, il che conferma la validità delle procedure normative contenute nella EN 1993-1-13 per la progettazione di questo tipo di elementi.