Perché le capriate sono così efficienti su lunghe portate

Un traliccio è una struttura che viene molto spesso utilizzata nell'ingegneria civile, come i ponti, edifici in acciaio, torri e strutture del tetto (come si vede nell'immagine qui sotto). Appaiono anche in molte strutture meccaniche e aerospaziali come le gru, piattaforme offshore, strutture spaziali, e così via.

Capriata in legno Le capriate sono costituite da elementi rettilinei collegati tra loro alle due estremità di ciascun membro. Tutti i membri di una struttura reticolare sono collegati insieme con giunti a perno, tale che ai fini della progettazione di queste strutture assumiamo che i giunti non possano sopportare o resistere ad alcun momento.

Tipicamente, le connessioni di giunzione sono formate imbullonando o saldando insieme gli elementi terminali ad una piastra comune, chiamato piastra fazzoletto (nella foto sotto). Si presume che tutti i carichi esterni che agiscono su una travatura reticolare agiscano solo sulle articolazioni, e quindi, tutti i membri di un traliccio sono membri a due forze. Le singole aste non sono soggette a momenti flettenti e forze di taglio ma sono soggette solo a forze assiali che sono compressione o trazione.

Generalmente, le capriate sono in acciaio, legno e molto raramente da cemento e alluminio.

Piastra fazzoletto

Perché sono così efficienti su lunghe distanze?

1. I sistemi reticolari trasferiscono le forze assialmente

I tralicci sono molto più adatti su lunghe campate rispetto alle travi piene a causa della direzione e del tipo di forza che contengono. Come accennato, i membri del traliccio sono collegati tramite giunti a perno che significa che c'è nessuna forza di taglio e momento interna, e le forze vengono applicate assialmente all'elemento.

Considera un tetto a falde, con carichi puntuali applicati lungo la campata (modellato utilizzando SkyCiv gratuito calcolatore di travatura reticolare):

Questi carichi puntuali vengono trasferiti alle forze assiali interne sull'asta, con poco o nessun momento interno o taglio:

Forze interne dopo analisi statica lineare, analizzato anche in SkyCiv calcolatore di travatura reticolare

2. I membri sono più forti assialmente

Il fatto che le forze su ciascun elemento del traliccio siano assiali è la chiave per l'efficienza di un traliccio per lunghe campate. In un elemento caricato assialmente, la forza viene trasportata allo stesso modo da ogni parte del membro - nessun materiale viene sprecato. Confronta questo con una trave. Quando carichiamo una trave al centro, le tensioni sono molto più alte lì che altrove - gli stress sono concentrati. Il materiale lontano dal centro semplicemente non sta facendo tanto lavoro, abbassando l'efficienza della struttura e rendendola più pesante:

In alternativa, in una struttura a traliccio le forze sono assiali. Questo significa, che ogni elemento reticolare ha la stessa intensità di forza assiale attraverso l'intero elemento (compressione o tensione uniforme). Pertanto, la forza e le sollecitazioni vengono distribuite lungo l'intero membro. A causa di ciò, i membri del traliccio possono essere più leggeri, e avranno ancora una maggiore capacità di carico e sezioni trasversali utilizzate in modo più efficiente.

Generalmente, l'efficienza complessiva di un traliccio è ottimizzata utilizzando meno materiale nelle corde e più negli elementi di controventatura. Ciò è particolarmente più utile su campate più lunghe rispetto ad alternative come travi in ​​cemento o cemento precompresso. Gli elementi reticolari possono rimanere leggeri e l'utilizzo del materiale può essere ridotto utilizzando un sistema di elementi in acciaio su una grande sezione di calcestruzzo. I membri della trave tendono ad incurvarsi quando vengono caricati e sono più sensibili all'aumento della campata rispetto al requisito per una maggiore resistenza.

Disegni alternativi

Calcestruzzo precompresso è una struttura alternativa per strutture a campata lunga. Sebbene sia una struttura più semplice, è molto meno efficiente di un traliccio. Gli elementi in calcestruzzo precompresso devono resistere a enormi sollecitazioni di flessione, e peggiora solo con l'aumentare della durata. Quindi più lungo è l'arco, più concreto è richiesto.

Ponti strallati Un design efficace per lunghe portate, tuttavia richiedono ancora un ampio uso di materiale per supportare i cavi. I cavi sono efficienti quanto i membri del traliccio, poiché trasferiscono la forza in tensione, tuttavia la struttura esterna per supportare questo sistema potrebbe essere inefficiente e pesante.

3. Sommario

Le capriate sono generalmente utilizzate come strutture per tetti di edifici di grandi dimensioni e anche nei ponti, torri, gru e passerelle. Hanno una maggiore capacità di carico e sezioni trasversali utilizzate in modo più efficiente.

Questo perché le loro connessioni a perno trasferiscono le forze assialmente e ci sono pochissimi momenti flettenti e forze di taglio negli elementi. I membri sono più efficienti nel sostenere carichi assiali poiché le sollecitazioni sono distribuite uniformemente, piuttosto che carichi trasversali concentrati. Questa combinazione rende i sistemi di tralicci più efficienti rispetto alle alternative a un membro (per esempio. cemento precompresso).

Le capriate consentono agli ingegneri di creare ampi spazi aperti con meno materiali. L'uso di meno materiali consente inoltre agli appaltatori di costruire a buon mercato. Sentiti libero di iniziare a modellare o progettare la tua struttura a traliccio usando SkyCiv's Free Calcolatore per travatura reticolare o tetto.