CBFEM - come funziona, conformità normativa, validazione e verifica
Il CBFEM è un metodo unico per la progettazione e la verifica normativa dei collegamenti in acciaio, degli elementi e dell'ancoraggio. Può essere utilizzato per la maggior parte dei giunti, degli ancoraggi e dei dettagli con diverse topologie.
Il Metodo degli Elementi Finiti basato sui Componenti (CBFEM) è:
- Sufficientemente generale da essere applicabile alla maggior parte dei giunti, delle fondazioni e dei dettagli nella pratica ingegneristica.
- Sufficientemente semplice e rapido nella pratica quotidiana da fornire risultati in tempi comparabili ai metodi e agli strumenti attuali.
- Sufficientemente completo da fornire agli ingegneri strutturali informazioni chiare sul comportamento del giunto, sulle tensioni, sulle deformazioni, sulle riserve dei singoli componenti e sulla sicurezza e affidabilità complessiva.
La verifica di un giunto con il metodo standard basato sui componenti e con il CBFEM utilizzato in IDEA StatiCa Connection si basa sulla verifica di tutte le parti del giunto – i componenti. I componenti possono essere bulloni, ancoraggi, saldature, piastre e calcestruzzo alla fondazione.
Il CBFEM suddivide l'intero giunto nei componenti separati sopra menzionati. Il modello di analisi viene quindi creato automaticamente dal software a partire da ciascun componente.
La verifica stessa si articola in due fasi:
- Calcolo delle forze in ciascun componente del giunto
- Verifica normativa di ciascun componente mediante le equazioni della normativa
Calcolo delle forze
Il CBFEM implementato in IDEA StatiCa Connection semplifica il comportamento di ciascun componente. Come?
Il modello è composto da elementi su cui viene applicato il carico e da operazioni di lavorazione (inclusi gli elementi di irrigidimento), che servono a collegare gli elementi tra loro.
Il modello FEM analizzato viene generato automaticamente. Il progettista non crea il modello FEM, ma definisce il giunto tramite operazioni di lavorazione.
Grazie a ciò, le forze vengono calcolate senza ipotesi semplificative. Vengono calcolati anche gli altri effetti, come l'interazione tra i componenti, ecc.
Inoltre, grazie alla considerazione della rigidezza reale dei componenti, i risultati includono la forza di leva. Nulla viene trascurato.
Verifica e valutazione dei risultati
L'analisi di resistenza è l'analisi più importante dei giunti. Le verifiche delle deformazioni delle piastre insieme alle verifiche normative dei componenti vengono eseguite mediante analisi elastico-plastica.
L'analisi dei giunti è materialmente non lineare. Gli incrementi di carico vengono applicati gradualmente e viene ricercato lo stato di tensione.
Verifica delle piastre
Le piastre sono modellate con materiale elastico-plastico con una pendenza nominale del plateau di snervamento secondo EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan-1 (E/1000).
Il comportamento del materiale si basa sul criterio di snervamento di von Mises. Si assume un comportamento elastico fino al raggiungimento della resistenza di progetto allo snervamento fyd.
Il criterio allo stato limite ultimo per le zone non soggette a instabilità è il raggiungimento del valore limite della deformazione principale membranale. Si raccomanda un valore del 5 % (ad es. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Nota 1).
Parti specifiche del Background Teorico per ciascuna delle normative nazionali supportate:
- Verifica normativa delle piastre secondo EN (Eurocodice)
- Verifica normativa delle piastre secondo AISC (normativa americana)
- Verifica normativa delle piastre secondo CISC (normativa canadese)
- Verifica normativa delle piastre secondo AS (normativa australiana)
- Verifica normativa delle piastre secondo IS (normativa indiana)
- Verifica normativa delle piastre secondo GB (normativa cinese)
- Verifica normativa delle piastre secondo HKG (Codice di Pratica di Hong Kong)
- Verifica normativa delle piastre secondo SP (normativa russa)
Verifica degli altri componenti
Le verifiche vengono eseguite per le forze calcolate utilizzando le stesse equazioni della normativa in tutti i metodi. Le equazioni utilizzate per bulloni, ancoraggi, saldature e blocco di calcestruzzo sono presentate nell'applicazione e possono essere esaminate in dettaglio.
Verifica dei bulloni
I bulloni in IDEA StatiCa Connection vengono verificati secondo le normative corrispondenti. Per ulteriori informazioni, leggere l'articolo Bulloni e collegamenti bullonati.
Verifica delle saldature
Anche nel caso delle saldature, la verifica viene eseguita secondo le normative corrispondenti.
Informazioni dettagliate sulla verifica delle saldature nell'applicazione Connection sono disponibili nell'articolo Saldatura/Saldature in IDEA StatiCa.
Verifica del blocco di calcestruzzo
I principi alla base del calcolo del blocco di calcestruzzo sono illustrati nell'articolo Modello strutturale di un blocco di calcestruzzo.
Parti specifiche del Background Teorico per ciascuna delle normative nazionali supportate:
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo EN (Eurocodice)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo AISC (normativa americana)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo CISC (normativa canadese)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo AS (normativa australiana)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo IS (normativa indiana)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo GB (normativa cinese)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo HKG (Codice di Pratica di Hong Kong)
- Verifica normativa del blocco di calcestruzzo secondo SP (normativa russa)
Come può il CBFEM essere conforme alla normativa e al comportamento reale allo stesso tempo?
L'analisi FEM orientata alla progettazione (CBFEM) è ottimizzata per fornire risultati rilevanti per la verifica normativa, coprendo al contempo il comportamento reale della struttura. Allo stesso tempo, considera il margine di sicurezza definito dalla normativa.
Guarda il video e trova la risposta alle tue domande.
Caratteristiche principali dell'analisi CBFEM
Hai mai sentito gli acronimi MNA o GMNA implementati nel software, ma non sei sicuro di cosa significhino? Le proprietà dell'analisi, la non linearità del materiale o della geometria. Cosa è raccomandato ed eseguito dal CBFEM?
Guarda il seguente video e scopri i diversi approcci.
Validazione e verifica
In origine, due team universitari hanno dedicato oltre tre anni alla verifica e alla validazione del metodo CBFEM.
Nel tempo, sono stati condotti numerosi nuovi studi di verifica in collaborazione con università di tutto il mondo (USA, Paesi Bassi, Germania, Svizzera, America del Sud e altri).
Cosa significano esattamente validazione e verifica? Il processo di validazione e verifica conferma che i risultati del software sono corretti.
La verifica è un confronto con un metodo analitico, il più delle volte incorporato nella normativa di costruzione (ad es. AISC, EN, ecc.).
I metodi analitici nelle normative sono gravati da semplificazioni, e i risultati tra la normativa e il CBFEM per collegamenti complessi possono variare, specialmente ai limiti del campo di validità. In tal caso, un confronto del CBFEM con un modello avanzato validato sperimentalmente dimostra che il CBFEM è sicuro anche quando le resistenze sono superiori a quelle determinate dalla normativa.
La validazione è un confronto tra un modello numerico e un esperimento.
Il modello numerico è spesso molto avanzato, includendo non linearità materiali e geometriche. La geometria e le proprietà dei materiali sono le stesse misurate nell'esperimento. Quando i risultati – tipicamente le curve carico-spostamento e tensione-deformazione – del modello numerico sono vicini a quelli dell'esperimento, il modello numerico è validato. Le proprietà dei materiali del modello numerico vengono quindi modificate ai valori nominali, le imperfezioni vengono aumentate in base alle tolleranze di fabbricazione, e possono essere eseguiti diversi studi di sensibilità variando i parametri, ad es. lo spessore delle piastre, la resistenza allo snervamento del materiale.
Infine, i risultati del modello numerico vengono confrontati con quelli del CBFEM. I risultati non devono coincidere perfettamente, ma devono essere sicuri e le differenze devono rientrare in un intervallo accettabile.
Gli esempi di verifica e validazione più importanti sono stati pubblicati nel libro "Component-based finite element design of steel connections."
Nel nostro Support Center è possibile trovare numerosi studi di verifica nonché confronti con prove di laboratorio. Consultali tramite il link sottostante.