Flux de travail et objectifs
L'objectif des outils de calcul du ferraillage dans la CSFM est d'aider les concepteurs à déterminer efficacement l'emplacement et la quantité requise de barres d'armature. Les outils suivants sont disponibles pour aider et guider l'utilisateur dans cette démarche : le calcul linéaire et l'optimisation topologique.
Les outils de calcul du ferraillage utilisent des modèles constitutifs plus simplifiés que ceux employés pour la vérification finale de la structure. Par conséquent, la définition du ferraillage à cette étape doit être considérée comme un pré-dimensionnement, à confirmer ou à affiner lors de l'étape de vérification finale. L'utilisation des différents outils de calcul du ferraillage est illustrée sur le modèle présenté à la Fig. 3, qui représente l'extrémité d'une poutre sur appuis simples à hauteur variable, soumise à une charge uniformément répartie.
Analyse linéaire
L'analyse linéaire considère des propriétés de matériau élastiques linéaires et néglige le ferraillage dans la région en béton. Il s'agit donc d'un calcul très rapide, qui donne un premier aperçu de l'emplacement des zones tendues et comprimées. La Fig. 4 présente un exemple d'un tel calcul.
Optimisation topologique
L'optimisation topologique est une méthode qui vise à déterminer la répartition optimale de matériau dans un volume donné pour une configuration de charges donnée. L'optimisation topologique implémentée dans Idea StatiCa Detail utilise un modèle d'éléments finis linéaire. Chaque élément fini peut avoir une densité relative comprise entre 0 et 100 %, représentant la quantité relative de matériau utilisée. Ces densités d'éléments sont les paramètres d'optimisation du problème. La répartition de matériau obtenue est considérée comme optimale pour un ensemble de charges donné si elle minimise l'énergie de déformation totale du système. Par définition, la répartition optimale correspond également à la géométrie présentant la plus grande rigidité possible pour les charges données.
Le processus d'optimisation itératif démarre avec une répartition de densité homogène. Le calcul est effectué pour plusieurs fractions de volume total (20 %, 40 %, 60 % et 80 %), ce qui permet à l'utilisateur de sélectionner le résultat le plus pertinent en pratique. La forme obtenue est constituée de treillis composés de bielles et de tirants, et représente la forme optimale pour les cas de charge donnés (Fig. 5).
