Herramientas de diseño para armadura
Flujo de trabajo y objetivos
El objetivo de las herramientas de diseño de armadura en el CSFM es ayudar a los diseñadores a determinar la ubicación y la cantidad necesaria de barras de armadura de manera eficiente. Las siguientes herramientas están disponibles para ayudar / guiar al usuario en este proceso: cálculo lineal y optimización topológica.
Las herramientas de diseño de armadura consideran modelos constitutivos más simplificados que los modelos utilizados para la verificación final de la estructura. Por lo tanto, la definición de la armadura en este paso debe considerarse un prediseño que debe confirmarse/refinarse durante el paso de verificación final. El uso de las diferentes herramientas de diseño de armadura se ilustrará en el modelo mostrado en la Fig. 3, que consiste en un extremo de una viga simplemente apoyada con canto variable sometida a una carga uniformemente distribuida.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.}}}\]
Análisis lineal
El análisis lineal considera propiedades de material elástico lineal y desprecia la armadura en la región de hormigón. Es, por tanto, un cálculo muy rápido que proporciona una primera visión de las ubicaciones de las zonas de tracción y compresión. Un ejemplo de dicho cálculo se muestra en la Fig. 4.
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}\]
Optimización topológica
La optimización topológica es un método que tiene como objetivo encontrar la distribución óptima de material en un volumen dado para una determinada configuración de carga. La optimización topológica implementada en Idea StatiCa Detail utiliza un modelo de elementos finitos lineal. Cada elemento finito puede tener una densidad relativa del 0 al 100 %, que representa la cantidad relativa de material utilizado. Estas densidades de elemento son los parámetros de optimización en el problema de optimización. La distribución de material resultante se considera óptima para el conjunto de cargas dado si minimiza la energía de deformación total del sistema. Por definición, la distribución óptima es también la geometría que tiene la mayor rigidez posible para las cargas dadas.
El proceso de optimización iterativo comienza con una distribución de densidad homogénea. El cálculo se realiza para múltiples fracciones de volumen total (20 %, 40 %, 60 % y 80 %), lo que permite al usuario seleccionar el resultado más práctico. La forma resultante consiste en celosías con bielas y tirantes y representa la forma óptima para los casos de carga dados (Fig. 5).
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Results from the topology optimization design tool with 20\% and 40\% effective volume}}}\]
\[ \textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}\]