Software FEM per il monitoraggio strutturale di ponti a graticcio = FEM software for structural health monitoring of girder bridges

Il monitoraggio strutturale, con particolare attenzione al settore delle infrastrutture, ha assunto un ruolo centrale negli ultimi anni. Nel presente lavoro di tesi è stato sviluppato ed applicato un programma scritto con il linguaggio di programmazione Python che permette di effettuare analisi statiche elastiche lineari di strutture intelaiate tridimensionali. Il modello numerico della struttura monitorata costituisce infatti uno degli elementi necessari per un sistema di monitoraggio. L’applicazione ha riguardato la modellazione, attraverso un modello a grigliato, di una campata dell’impalcato di un viadotto autostradale. Il software sviluppato è pensato per poter essere implementato all’interno di una architettura complessa di monitoraggio strutturale formata da un elevato numero di sensori, nodi di controllo, trasmissione GSM e cloud data analysis. Esso può essere caricato sia sul cloud, che sui nodi (gateway) che controllano i sensori. Queste ultime apparecchiature sono elaboratori piuttosto semplici, tipo Raspberry PI 4 e necessitano quindi di un software leggero dedicato alla loro architettura. La scelta del linguaggio di programmazione Python è stata effettuata in quanto si tratta di un linguaggio multi-paradigma che supporta la programmazione orientata agli oggetti, completamente open-source, caratterizzato da una sintassi chiara e molto immediato nel suo utilizzo. Queste caratteristiche hanno fatto di Python il protagonista di una enorme diffusione in tutto il mondo, e anche in Italia. La tesi è organizzata nel seguente modo: Nel Capitolo 1 viene affrontato in generale il tema del monitoraggio strutturale, definendo il concetto di danno e lo sviluppo di un processo di monitoraggio; in più vengono descritti alcuni tra i sistemi di monitoraggio utilizzati nell’ambito delle infrastrutture civili. Il Capitolo 2 analizza brevemente la programmazione orientata agli oggetti (Object Oriented Programming), con i suoi concetti base e i suoi vantaggi, introducendo la terminologia necessaria alla comprensione della libreria python utilizzata nel presente lavoro di tesi. Il Capitolo 3 tratta la libreria python PyNiteFEA, spiegando la suddivisione interna in moduli e i sistemi di riferimento locale e globali utilizzati dal codice. Il Capitolo 4 si pone l’obiettivo di fornire tutte le conoscenze necessarie per la costruzione di un qualsiasi modello ad elementi finiti tramite la libreria python PyNiteFEA. Vengono spiegate dettagliatamente tutte le funzionalità supportate dal codice e le istruzioni necessarie all'utente per il loro utilizzo. Il Capitolo 5, infine, contiene un’applicazione della libreria python a un caso studio. Viene descritto il viadotto in esame e il sistema di monitoraggio su di esso installato. Con riferimento alle prove di carico effettuate sull’impalcato e sulla base delle misurazioni dei sensori installati, si è costruito e calibrato un modello elastico lineare. Verranno illustrate tutte le varie scelte di modellazione e la loro influenza sui risultati finali.