Componenti della capriata e IDEA StatiCa

Contesto e mormorii

Benvenuti al mio sesto post sul blog! Come ormai tradizione, mi piace dare un tocco personale alla tavola. Quanti di noi ricordano quando hanno analizzato la loro prima travatura? Io avevo 18 anni e frequentavo il secondo anno del sesto anno di scuola superiore e studiavo per il livello A. La materia era il disegno ingegneristico e il metodo era la notazione di Bow.

A distanza di qualche anno, una capriata è stato il primo sistema strutturale che ho realizzato all'università, ovviamente con altri tre membri del team. È stata tagliata, forata, imbullonata e testata fino alla distruzione, cosa che non ha richiesto molto tempo, mi affretto ad aggiungere!

Le capriate sono ovviamente disponibili in molte forme e dimensioni e sono realizzate con così tanti materiali diversi che è difficile contarli - ricordate le strutture a cannuccia? Il denominatore comune, tuttavia, è sempre stato quello dei giunti: non solo come devono essere trattati, ma anche come devono essere progettati. Per le loro dimensioni, offrono capacità di carico eccezionali, e questo è uno dei motivi per cui sono la soluzione ideale per le situazioni più difficili!

Ho sempre avuto una passione per il legno, forse perché sono un appassionato di costruzioni storiche e di edilizia. Il legno è stato il primo materiale strutturale utilizzato per formare capriate. Le capriate in legno risalgono al 2500 a.C. Gli antichi greci le utilizzavano per i loro tetti ed erano molto presenti nell'architettura medievale.

Molti degli antichi granai sono stati costruiti con questi metodi. Le giunture sono state formate all'interno delle membrature in legno utilizzando le tradizionali mortase e tenoni con chiodi di legno o simili. Gli strumenti a cui gli artigiani del passato avevano accesso erano piuttosto limitati, il che ha dato vita a opere d'arte in 3D piuttosto che a qualcosa che servisse solo a tenere lontani il vento e la pioggia.

Le capriate in legno sono sempre state utilizzate nelle abitazioni, dalle case padronali medievali alle abitazioni moderne. Ciò che è cambiato radicalmente sono i metodi e le forme utilizzate. Le moderne capriate per tetti, con i loro elementi sottili e le piastre di connessione ingegnerizzate, sono molto lontane dall'immagine qui sopra.

Quando si guarda all'evoluzione delle capriate in acciaio, bisogna innanzitutto considerare il ferro, sia fuso che battuto, e il suo ruolo. Il settore largamente responsabile di questo sviluppo è quello dei trasporti - si pensi alle ferrovie (in tutto il mondo).

Ci sono molti esempi eccellenti sparsi in tutto il mondo:

La capriata lenticolare di Brunel - Royal Albert Bridge - Ferro

Il ponte ferroviario Firth of Forth - Acciaio

Con i ponti all'avanguardia per quanto riguarda il design intelligente ed elegante, chi avrebbe dovuto fare un passo avanti dal punto di vista edilizio? Nel 1889, a Parigi, fu costruita la "Lady di ferro" (nota anche come Torre Eiffel). Sebbene sia stata costruita in ferro battuto, è forse uno degli edifici più iconici al mondo per quanto riguarda le capriate e l'azione delle capriate.

Naturalmente, le strutture moderne si affidano sempre più alle capriate per superare circostanze particolari o campate libere. Esistono diversi tipi di capriate, alcuni con nomi particolari:

• capriata ad arco
• capriata a ventaglio
• capriata fink
• capriata a traliccio
• capriata howe
• capriata king post
• capriata a palo regina
• Trave Vierendeel (una forma di capriata)
• Traliccio Warren
• ecc.

L'analisi strutturale, i metodi di progettazione e i materiali sono cambiati, ma l'unica costante per quanto riguarda la progettazione di connessioni difficili rimane. La capacità di valutare i requisiti di carico corretti su una capriata (e su qualsiasi altra struttura) è fondamentale. Molte capriate hanno le loro radici nella geometria, quindi è importante che anche la geometria sia riconosciuta come un fattore importante, a volte architettonico.

Che dire di IDEA StatiCa?

Le membrature stesse (in una capriata in acciaio) sono spesso sottili e sono quindi soggette a effetti aggiuntivi che potrebbero indurre il progettista a prendere in considerazione forme di analisi più elevate. Avere una soluzione software in grado di combinare tutti questi requisiti con una funzionalità facile da usare è assolutamente essenziale nel mondo dell'ingegneria strutturale di oggi.

Per fortuna c'è IDEA StatiCa. IDEA StatiCa Connection è in grado di progettare in modo sicuro ed efficiente le complicate connessioni a traliccio di oggi - ci sono anche connessioni avanzate basate sul legno (utilizzando piastre). Può utilizzare il modello analitico di diverse soluzioni FEA utilizzando un'applicazione chiamata IDEA StatiCa Checkbot. Checkbot fornisce il collegamento tra FEA e IDEA StatiCa Connection. Se il progettista è preoccupato per le membrature all'interno della capriata, c'è IDEA StatiCa Member. IDEA StatiCa Checkbot può essere utilizzato anche per guidare questa soluzione.

Dove si inserisce IDEA StatiCa? Consideriamo un esempio semplice, ma essenziale:

Queste sono forse le strutture più sottovalutate delle nostre reti stradali. Sono soggette a tutti i tipi di carico abituali: morto, vivo, vento, neve e ghiaccio. Poi ci sono anche i carichi dinamici da considerare. Il tutto cercando di progettare qualcosa che possa essere fabbricato in modo efficiente e montato rapidamente.

Questo esempio è stato semplificato per concentrarsi sull'interazione con la soluzione IDEA StatiCa.

Fase 1 - Analisi agli elementi finiti

La struttura è stata modellata, analizzata e progettata con un'applicazione di analisi agli elementi finiti (FEA) adeguata, in questo caso Autodesk Robot Structural Analysis. Per un elenco completo delle applicazioni supportate, consultare il nostro sito Web.

Il componente aggiuntivo IDEA StatiCa Checkbot è stato avviato dall'interno di Robot. L'installazione della maggior parte dei cosiddetti componenti aggiuntivi delle altre applicazioni supportate avviene automaticamente per renderne l'uso ancora più rapido e semplice.

Fase 2 - Esportazione in Checkbot

I membri e le connessioni vengono selezionati in Robot ed esportati in Checkbot. In caso di modifiche, il modello Checkbot può essere sincronizzato con FEA. I carichi esterni inseriti nel modello FEA vengono utilizzati per l'analisi globale, mentre le reazioni interne - forze assiali, taglio e momento - vengono trasferite a Checkbot. Una volta in Checkbot, sono disponibili sia per la connessione che per il membro.

In Checkbot è anche possibile visualizzare gli effetti del carico.

Le membrature in IDEA StatiCa Checkbot possono anche essere unite, in modo che membrature continue di lunghezza minore possano essere unite per la progettazione di una connessione. In questo esempio, le membrature della corda inferiore sono state modificate in questo modo, mentre la corda superiore non è stata modificata perché la sua connessione non è necessaria. Ciò è molto utile quando si utilizzano applicazioni FEA che devono modellare gli elementi continui in questo modo.

Fase 3 - Progettazione e verifica delle connessioni

Le connessioni possono essere progettate e verificate con IDEA StatiCa Connection e le membrature possono essere verificate con IDEA StatiCa Member. Il posizionamento delle membrature è sempre stato un compromesso tra l'analisi e la realtà. Le membrature possono spostarsi durante la fabbricazione per renderle più facili da saldare, il che può spesso causare problemi nel modello analitico. In IDEA StatiCa, possiamo modificare le eccentricità per tenere conto di questo disallineamento.

È all'interno della soluzione di connessione che bisogna ricordarsi di far corrispondere il modello di analisi quando si guarda al Tipo di modello. Se si desidera utilizzare connessioni a bullone singolo in una piastra di soffietto tradizionale, bisogna ricordarsi di cambiare il Tipo di modello di conseguenza - in N,Vy,Vx - un modello che non ammette momenti. Tuttavia, se la connessione (come in questo esempio) può sopportare un momento, questo passaggio può essere evitato.

Lavorare con le effettive combinazioni di carico di progetto è fondamentale per ottenere un modello di connessione e una verifica del codice sicuri ed efficienti. Utilizzando quattro semplici operazioni per creare un giunto completamente saldato, possiamo vedere che tutti gli effetti di carico critici (le nostre combinazioni di progetto) sono stati verificati a turno e tutti superati.

Fase 4 - Verifica dei membri

La seconda connessione può essere progettata in modo analogo prima di esaminare la controventatura in IDEA StatiCa Member.

Ciò dimostra, tuttavia, che ci sono ampi margini per esaminare ulteriori materiali ed efficienze di connessione, poiché molte travi reticolari sono progettate in modo eccessivo per compensare la mancanza di analisi avanzate.

Riflessioni conclusive

Le capriate sono una parte essenziale dell'ingegneria strutturale e il loro uso è destinato a diventare sempre più avventuroso. I progressi nei materiali e nei metodi di costruzione faranno emergere nuovi progetti e concetti nei prossimi anni, ne sono certo.L'approccio di IDEA StatiCa come archivio di dati è il migliore dei due mondi: possiamo lasciare che gli esperti del settore FEA continuino a sviluppare soluzioni di livello mondiale, mentre noi ci colleghiamo ai loro risultati e ai loro modelli per creare i modelli di connessione e le verifiche delle membrature, un campo in cui siamo i migliori della classe!

Spero che questa incursione nel mondo delle capriate e di come noi di IDEA StatiCa possiamo aiutarvi in diversi modi vi sia piaciuta.