Struttura portante di un nastro trasportatore, Germania
Monath è una società di ingegneria di medie dimensioni attiva in tutti i settori dell'ingegneria strutturale. Nei progetti in acciaio, la maggior parte del loro lavoro riguarda strutture industriali e magazzini. Tuttavia, anche i progetti di costruzione in acciaio di dimensioni ridotte con sistemi strutturali complessi rappresentano una sfida.
Motivazione
Spesso dobbiamo lavorare con collegamenti non standard (topologia, sezioni trasversali) e fornire una verifica normativa approfondita. In passato eravamo limitati a programmi di base per la progettazione dei collegamenti o a calcoli manuali. Ciò limitava la nostra capacità di valutare correttamente il progetto.
I problemi maggiori si presentano con i collegamenti soggetti a carichi multiassiali, dove è necessaria una simulazione in 3D. È qui che i software di base per la progettazione dei collegamenti raggiungono i loro limiti, poiché è possibile solo la modellazione bidimensionale. Un'altra area problematica è rappresentata dai giunti con topologie molto complesse. Il nostro precedente software per la progettazione dei collegamenti era limitato a tipologie predeterminate di collegamenti (topologia delle travi, profili, sezioni trasversali, piastre di irrigidimento).
Poiché questi problemi si presentano nella nostra pratica ingegneristica quotidiana, abbiamo deciso di lavorare con IDEA StatiCa Connection.
Vantaggi
IDEA StatiCa Connection dispone di un'interfaccia di lavoro molto semplice e chiara. In poco tempo si impara a orientarsi nel programma e si porta a termine il lavoro rapidamente.
Il software CAE utilizzato da Monath è SCIA Engineer. IDEA StatiCa Connection dispone di un'interfaccia BIM che consente di importare i nodi selezionati (collegamenti) da SCIA Engineer (inclusi i parametri delle sezioni trasversali e le forze interne). Questa interfaccia funziona molto bene. Tutti i valori importanti (geometria e carichi) vengono trasmessi in modo rapido e affidabile, eliminando l'inserimento manuale aggiuntivo, il tempo e lo sforzo. Naturalmente è possibile anche un inserimento separato della geometria e dei carichi, in modo che le singole verifiche possano essere eseguite indipendentemente da altri programmi.
Un altro vantaggio è la varietà delle opzioni di progettazione. È possibile adattare il giunto alle specifiche del progetto e visualizzare così un modello molto realistico. Sono disponibili numerose operazioni di fabbricazione, come collegamenti con piastre d'estremità, piastre di collegamento, piastre angolari e molto altro. Il vantaggio principale è che un nodo con diversi tipi di collegamento può essere modellato e visualizzato immediatamente in 3D. Ciò consente di progettare e verificare quasi qualsiasi collegamento, indipendentemente dalla sua unicità.
In molte strutture, sui collegamenti agiscono forze multiassiali. Nella maggior parte dei programmi, tuttavia, è possibile solo un calcolo 2D. Pertanto, il collegamento deve essere valutato laboriosamente solo manualmente, e le influenze multiassiali vengono semplicemente trascurate. IDEA StatiCa Connection consente l'inserimento delle forze sia sulla parte del collegamento che sul componente collegato. Ciò significa che è possibile una mappatura realistica e i risultati sono più accurati rispetto ai programmi di calcolo convenzionali. Questo consente un'ottimizzazione senza precedenti di tutte le proprietà del collegamento (spessore delle piastre o delle saldature, ecc.).
Utilizziamo le verifiche dei collegamenti in conformità all'Eurocode 3, che vengono visualizzate immediatamente. Inoltre, otteniamo anche tensioni e forze interne, risultati di instabilità locale e analisi della rigidezza (tutti basati su un modello FE creato automaticamente).
Svantaggi
Oltre ai numerosi vantaggi di IDEA StatiCa Connection, abbiamo notato anche alcuni svantaggi.
A causa della suddivisione in più casi di carico, il calcolo può richiedere del tempo (per i collegamenti complessi anche diversi minuti). Ciò è particolarmente evidente se i collegamenti progettati sono cernierati, poiché in questo caso devono essere eseguiti molti passi iterativi. La progettazione di collegamenti cernierati, in generale, richiede a nostro avviso un utente un po' più esperto. Vediamo anche margini di miglioramento nell'output. Ad esempio, la posizione delle piastre, delle saldature o delle viti è più difficile da riconoscere a causa di alcune dimensioni mancanti.
Esempi
Al fine di dimostrare le nostre aree di applicazione per IDEA StatiCa Connection, di seguito vengono presentati e illustrati due esempi tratti dai nostri progetti.
Esempio 1: Struttura per cartellone pubblicitario
Il primo progetto presentato è una struttura per cartellone pubblicitario. Il compito, oltre ai vari collegamenti di profili cavi, era quello di eseguire la verifica normativa dell'ancoraggio della fondazione.
I momenti da carichi del vento e le forze di taglio influenzavano la struttura in due direzioni. La fondazione era quindi un collegamento complesso, considerato il fatto che altri programmi non tengono conto dei momenti attorno all'asse X o Y. Utilizzando il collegamento BIM dal software CAE SCIA Engineer, i parametri della sezione trasversale, nonché le forze interne sul nodo, sono stati trasferiti a IDEA StatiCa Connection. Successivamente, l'ancoraggio incluse le saldature ha potuto essere modellato e verificato, come mostrato di seguito.
Un altro problema in questo progetto era il collegamento delle travi principali alla colonna. Utilizzando programmi di calcolo convenzionali, tale sistema strutturale doveva essere semplificato a un problema bidimensionale.
Dopo che il giunto è stato progettato con tutte e quattro le travi principali con IDEA StatiCa Connection, è emerso che la piastra del supporto è soggetta ad alte tensioni. Pertanto, il sistema è stato irrigidito con nervature sopra e sotto i profili HEA come mostrato di seguito e il collegamento ha potuto essere realizzato in modo più accurato.
Esempio 2: Struttura portante di un nastro trasportatore
In questo progetto è stata progettata e verificata una struttura portante. Ciò ha dato origine a diversi nodi, sui quali sono stati utilizzati giunti cernierati e rigidi di profili diversi tramite collegamenti bullonati e saldati. Nel collegamento mostrato di seguito, due travi sono state collegate tra loro e inoltre alla colonna su cui poggiano.
Il problema con questo giunto era il collegamento dei tre profili, le forze che si sviluppano in tutti gli elementi, nonché l'aggiunta di irrigidimenti e nervature. Pertanto, la verifica del giunto è relativamente complicata e non del tutto replicabile senza il Metodo degli Elementi Finiti.
Con IDEA StatiCa Connection, il giunto ha potuto essere modellato e verificato come previsto. Di seguito sono riportate le immagini del collegamento così come prodotto dal fabbricante.
Conclusione
Con IDEA StatiCa Connection è possibile verificare sia collegamenti in acciaio semplici che complessi mediante il Metodo degli Elementi Finiti. Le verifiche dei collegamenti sono praticamente illimitate grazie all'elevata flessibilità. L'inserimento della geometria del collegamento e dei carichi è semplice rispetto alla maggior parte dei programmi generali agli elementi finiti e tutti gli input sono chiaramente visualizzati in una vista 3D del collegamento. Dopo il calcolo del collegamento, è possibile eseguire verifiche secondo la DIN EN 1993 in aggiunta a tensioni, deformazioni e sfruttamento.
Poiché la nostra azienda utilizza SCIA Engineer come programma CAE, IDEA StatiCa Connection è un modulo supplementare molto valido per la costruzione in acciaio. Complementa eccellentemente il modello globale di SCIA Engineer, poiché le funzioni BIM consentono un trasferimento rapido dei nodi a IDEA StatiCa Connection. Grazie all'interfaccia utente semplice e chiara del software, familiarizzare con IDEA StatiCa Connection può essere raggiunto con uno sforzo ragionevole e si ottengono risultati rapidi.
