Travatura reticolare del ponte di servizio permanente, Aeroporto di Heathrow, Regno Unito
La progettazione della struttura principale è stata realizzata da Mott MacDonald come società di consulenza originale. L'appaltatore responsabile della costruzione era DHD Engineering, che ha affidato al nostro cliente, Ellis & Moore Consulting Engineers, la progettazione dei collegamenti.
In questo articolo, spiegheremo le parti più impegnative di questa particolare progettazione dei collegamenti e come sono state risolte con successo con IDEA StatiCa Connection, mentre valuteremo l'uso del metodo delle componenti originale implementato nell'Eurocode e dimostreremo che la sua applicazione è quasi impossibile in questo caso specifico.
Classificazione del giunto per la progettazione manuale
Prima di tutto, cercheremo di spiegare la procedura quando un collegamento complesso deve essere progettato manualmente. Utilizzeremo come esempio il giunto N mostrato nell'immagine a destra, che è un giunto multiplanare. Per eseguire un calcolo corretto utilizzando il metodo delle componenti, dobbiamo riconoscere la configurazione pertinente nella Figura 7.1 dell'Eurocode (fare clic sull'immagine sottostante).
Dalla geometria del collegamento, possiamo vedere che lungo la direzione longitudinale contrassegnata con il rettangolo azzurro non vi erano problemi. Può essere chiaramente classificato come giunto N. I problemi iniziano nel piano inclinato! Quindi, alla fine, abbiamo due giunti "N" coesistenti con un giunto "Y".
In questa direzione, il problema può essere facilmente visualizzato utilizzando lo screenshot della vista 3D realistica tratto dal modello finale di IDEA StatiCa Connection (vedere di seguito). Per questa particolare configurazione, non esiste una guida chiara nella normativa e/o i limiti richiesti dai paragrafi pertinenti per le sovrapposizioni, ecc. non sono necessariamente rispettati. In questo caso, è necessario un parere esperto e un giudizio ingegneristico appropriato se si volesse utilizzare il metodo delle componenti. Inoltre, poiché gli screenshot sono tratti dal collegamento finalizzato, possiamo vedere che sono stati utilizzati vari irrigidimenti a piastra di nodo per rinforzare il collegamento e raggiungere la resistenza richiesta. La sola presenza di questi irrigidimenti rende il collegamento non progettabile con l'applicazione del metodo delle componenti.
Progettazione efficace con il metodo CBFEM
Queste limitazioni del metodo delle componenti non si applicano al CBFEM e a IDEA StatiCa Connection, semplicemente perché il giunto è modellato esattamente come è nella realtà e viene analizzato come elemento unificante in tutte le direzioni, con elementi finiti. Quindi, dopo che tutte le forze sono state applicate, il modello può essere risolto, tutte le forze interne che interagiscono nel modello vengono calcolate e si ottiene immediatamente una rapida panoramica di tutte le verifiche normative dell'Eurocode che mostrano una progettazione sicura.
Ciò che è importante rispetto al metodo delle componenti è che questo flusso di lavoro è comune a tutti i tipi di collegamento. Quindi, se ad esempio le sezioni rettangolari per qualche motivo venissero cambiate in sezioni circolari o di tipo I, non è necessario prendere in considerazione alcuna considerazione speciale. Questo non è il caso del metodo delle componenti, che ha regole speciali per ogni tipo di sezione trasversale.
Una nota sulla progettazione dei collegamenti nel Regno Unito
Si può affermare con sicurezza che quando si tratta di progettazione di collegamenti in acciaio, gli ingegneri strutturali seguono una determinata procedura che sembra essere una pratica comune nel Regno Unito. Per progettare i collegamenti, gli ingegneri responsabili della progettazione di base della struttura forniscono annotazioni come quella nell'immagine a destra. Per avere informazioni leggibili, i collegamenti vengono raggruppati. Quindi, per ciascun gruppo, viene creato un inviluppo delle forze agenti. Questa procedura fornisce una sovraresistenza al collegamento che porta a una progettazione sicura, ma rende anche più semplice il flusso di informazioni tra le due parti. Il problema con questo approccio è che la sovraresistenza richiesta (almeno in questo caso specifico) è così elevata che senza le piastre di nodo di rinforzo fornite, gli elementi saldati non sarebbero in grado di resistere alle forze fornite.
Ciò significa che il progettista del collegamento si trova a volte di fronte a un vicolo cieco, perché modificare la dimensione dell'elemento non è una pratica accettabile e, se accade, deve essere adeguatamente giustificata. In questo caso specifico, l'utilizzo di IDEA StatiCa Connection era l'unico modo per il cliente di raggiungere la progettazione richiesta senza ricorrere a complesse analisi FEM e alle insidie che ne derivano.
Progettazione più economica con IDEA StatiCa Connection
Questa pratica comune descritta in precedenza è stata utilizzata inizialmente anche in questo progetto. Di conseguenza, le forze di progetto dell'inviluppo fornite dagli ingegneri consulenti originali hanno portato a una progettazione molto antieconomica dei giunti primari delle travature reticolari. Come si può vedere nell'immagine sottostante, la progettazione preliminare/di fattibilità ha prodotto un collegamento molto pesante per un giunto con 8 elementi, situato al centro della campata.
Dopo una comunicazione intermedia con i principali ingegneri consulenti, le forze sono state modificate per produrre combinazioni più realistiche e progettazioni fattibili. Queste forze sono state utilizzate in IDEA StatiCa Connection, e successivamente è stata ottenuta una progettazione più economica, con un minor numero di piastre aggiuntive utilizzate. Il risultato di questo nuovo approccio e della comunicazione tra le due parti è illustrato di seguito:
Sebbene fosse il primo progetto importante in cui abbiamo utilizzato IDEA StatiCa Connection, la filosofia generale e le pratiche del software ci hanno aiutato a elaborare rapidamente collegamenti così complessi, che normalmente avremmo progettato a mano. In IDEA StatiCa Connection, tutti questi collegamenti sono diventati risolvibili e, ancora meglio, non è necessario prendere in considerazione alcuna considerazione speciale. Il flusso di lavoro è comune indipendentemente dalla geometria.
Un'altra cosa importante è stata che i dettagli ragionevoli del collegamento hanno portato a costi di produzione ridotti e il montaggio delle travature reticolari è stato relativamente semplice.
Quindi il progetto è stato considerato un successo per tutte le parti… e la fase successiva del lavoro è intrapresa dallo stesso team... con sfide simili per i progettisti di dettaglio.
Alexander Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc Ingegnere civile
Ingegnere strutturale senior presso Ellis and Moore Consulting Engineer
