Superelementi condensati: invisibili ma essenziali

Fino al rilascio della versione 21, non c'erano molti modi per modellare le connessioni delle membrature in acciaio in modo più realistico rispetto all'applicazione IDEA StatiCa. Tuttavia, c'erano situazioni in cui i valori delle sollecitazioni ai bordi erano imprecisi e non corrispondevano al comportamento reale delle travi in acciaio. Non è stato facile trovare il modo corretto per rimanere concentrati sulla progettazione delle connessioni, risolvere solo l'area vicina al nodo strutturale e allo stesso tempo tenere conto del comportamento del resto delle membrature collegate.

Ma il team di sviluppo è riuscito a trovare il modo. Hanno ampliato drasticamente il modello aggiungendo parti di membratura non visibili ma essenziali per l'intero modello. Queste parti sono chiamate superelementi condensati e fanno tutto il lavoro difficile con il miglioramento del comportamento.

Questa modifica garantisce che le estremità dei membri visibili nella scena del modello non siano affatto le estremità. Nelle versioni precedenti, le sezioni terminali erano fissate nel loro piano e spesso potevano svilupparsi picchi di sollecitazione non realistici. Ora possono deplanare: possono deformarsi non solo all'interno del piano della sezione trasversale, ma anche perpendicolarmente a questo piano.

Soprattutto per quanto riguarda le connessioni a sezione cava, i risultati mostrano una maggiore conformità alle prove sperimentali e alle formulazioni dei codici di progettazione.

D'altra parte, questo cambiamento significa anche che i picchi di sollecitazione originariamente situati nelle sezioni terminali possono e si sposteranno più vicino al nodo di connessione. In alcuni casi, gli elementi di connessione possono essere esposti a forze maggiori nei "tempi condensati dei superelementi".

Tre vantaggi per voi

Questo miglioramento porta anche effetti collaterali molto convenienti: gli stub dei membri simulati dagli elementi shell possono ora essere più corti. I principali vantaggi di questa modifica sono:

• tempi di calcolo mediamente più rapidi del 30%
• Visualizzazione più rapida dei risultati
• Modellazione più accurata delle connessioni delle sezioni cave

Altre importanti novità e miglioramenti introdotti nella versione 21 sono specificati nelle nostre note di rilascio dettagliate.

Nuove lunghezze delle membrature

I nostri utenti sono abituati alle lunghezze predefinite delle membrature nel modello di progettazione delle connessioni. Esse dipendevano dal tipo di sezione trasversale (cava/aperta).

Ora la lunghezza predefinita è impostata sullo stesso valore di 1,25 x altezza della sezione trasversale per entrambi i tipi. La lunghezza dei superelementi condensati è pari a 4 x l'altezza della sezione trasversale per l'analisi stress-deformazione standard. Poiché si desidera mantenere le forme del modo di instabilità all'interno delle piastre interne della connessione e non nelle membrature, la lunghezza dei superelementi per l'analisi dell'instabilità lineare e della rigidezza è impostata a 0,5 x altezza della sezione trasversale.

Sebbene queste modifiche siano state apportate originariamente per migliorare le connessioni a sezione cava, hanno aiutato anche altri tipi di connessioni ad avvicinarsi al comportamento reale.

Ci si può chiedere quali siano le principali conseguenze: senza dubbio si verificheranno alcuni cambiamenti di risultato tra le varie versioni. Nella stragrande maggioranza dei collegamenti, le differenze nei risultati sono inferiori all'1%.

I casi in cui le differenze sono maggiori mettono in evidenza l'argomento in cui la pratica si scontra con la teoria. Questo argomento è legato agli effetti di torsione sui profili a sezione aperta. Per diverse ragioni, questi effetti sono trascurati dagli ingegneri strutturali e non sono nemmeno incorporati nelle applicazioni di analisi globale FEM.

Effetti di torsione

Non si tratta di scienza missilistica, ma non deve nemmeno essere ovvio. Quindi, introduciamo un po' di teoria:

In funzione del tipo di sezione trasversale aperta, delle condizioni al contorno dell'elemento e del tipo di carico, possono verificarsi due tipi di comportamento torsionale, secondo l'ipotesi di Vlasov:

• Torsione pura (St. Venant)
• Torsione mista, combinata di torsione pura e torsione di deformazione.
  • la torsione pura è caratterizzata dalla forza interna _Tt (momento di torsione puro) con conseguente sollecitazione di taglio puro _τt
  • la torsione warping è caratterizzata dalle forze interne B (bimomento) e T_w (momento di torsione di curvatura) con conseguente sollecitazione normale (longitudinale) di curvatura _σw e sollecitazione di taglio di torsione di curvatura τ_w

Nella versione 21.0 di IDEA StatiCa Connection, la deformazione era limitata dai vincoli multipunto che collegano il nodo con l'estremità della trave. Il nuovo superelemento condensato spinge i vincoli più in là e l'elemento è in grado di deformarsi. Ciò si traduce in un bimomento maggiore nella connessione.

Qui si possono vedere alcuni esempi di connessioni in cui queste modifiche hanno portato a risultati significativamente diversi:

La trave stub sotto torsione

Collegamento trave-trave con piastra terminale su un solo lato

Collegamento trave-colonna

Quando si affrontano questi casi, soprattutto se si confrontano i risultati tra le varie versioni, bisogna tenere presente che i modelli di calcolo non sono gli stessi. Le travi sono più lunghe e la rigidezza della connessione è minore. Pertanto, le differenze nei risultati possono essere prevedibili in alcuni elementi di connessione.

Tuttavia, è sempre possibile controllare alcune opzioni per evitare risultati errati. A partire dalla versione 21, è più importante che mai utilizzare la funzione "Carichi in equilibrio".

Spesso si desidera verificare il modello di connessione creato nella versione precedente in quella più recente. Non bisogna poi dimenticare di impostare i parametri nell'Impostazione codice sui nuovi valori di default, per non mischiare le mele con le arance.

Tuttavia, se volete essere sicuri al 100% che la vostra applicazione IDEA StatiCa versione 21.0 funzioni con i migliori dati possibili, allora modellate l'intero modello di calcolo nella versione 21 da zero.

Se siete interessati alle basi teoriche dei miglioramenti introdotti nella versione 21, potete trovare informazioni molto utili e accuratamente preparate dai nostri specialisti in questo articolo della knowledge base.