Midas Civil BIM link – preparazione del modello di calcolo

Questo articolo definisce i principi di utilizzo del collegamento BIM tra midas Civil e IDEA StatiCa, in particolare le linee guida per la corretta preparazione del modello di calcolo in midas Civil al fine di garantire un'importazione fluida delle forze interne con aggiustamenti e verifiche minimi nell'applicazione IDEA StatiCa BIM. L'articolo fa parte di una serie di tre articoli che affrontano in modo esaustivo la questione dell'importazione delle forze interne in IDEA StatiCa BIM. Si consiglia di studiare questo testo per primo. I due articoli successivi sono:

• Midas Civil BIM link for design of three-span post-tensioned bridge - Un esempio pratico di importazione dei risultati dal modello di calcolo di un ponte a tre campate con travi a T in post-tensione in IDEA StatiCa BIM.
• Midas Civil BIM link – logic of load cases and combinations postprocessing in IDEA StatiCa BIM – Questo articolo definisce i principi di utilizzo del collegamento BIM e, in particolare, le linee guida per la preparazione di un modello di calcolo in midas Civil.

L'applicazione IDEA StatiCa BIM è stata progettata per collegare le verifiche normative di IDEA StatiCa (in particolare l'applicazione RCS) con i programmi di analisi agli elementi finiti (FEA) utilizzati per l'analisi globale: Scia Engineer, Axis, midas Civil e midas Gen. Tuttavia, questo articolo si concentra esclusivamente sull'integrazione con midas Civil. L'applicazione IDEA StatiCA BIM funge da traduttore dei dati complessi provenienti da midas Civil per la verifica nell'applicazione RCS. Una caratteristica fondamentale è che importa automaticamente i risultati dell'analisi per fasi costruttive eseguita in midas Civil, inclusi gli effetti reologici e di post-tensione, ecc.

IDEA StatiCa BIM importa da midas Civil:

• La geometria del modello, le sezioni trasversali e le caratteristiche dei materiali
• I parametri di post-tensione – proprietà e disposizione dei tendini
• I risultati dell'analisi per fasi costruttive
• I risultati dell'analisi post-costruttiva (temperatura, inviluppi dei carichi mobili, cedimenti differenziali, ecc.)
• Le regole di combinazione e i coefficienti

L'applicazione IDEA StatiCa BIM non può semplicemente importare gli effetti delle forze di inviluppo da midas Civil perché, per la corretta verifica di una sezione trasversale in post-tensione nell'applicazione RCS, è necessario separare gli effetti della post-tensione, dei carichi permanenti e dei carichi variabili. Pertanto, IDEA StatiCa BIM lavora con i singoli casi di carico e riesegue le loro combinazioni secondo le regole di combinazione acquisite da midas Civil. Per garantire un corretto trasferimento dei dati, è necessario seguire alcuni principi durante la preparazione del modello di calcolo in midas Civil. Questi principi saranno descritti passo dopo passo di seguito.

La logica di utilizzo dei casi di carico in IDEA StatiCa BIM e la valutazione delle combinazioni di inviluppo differisce da quella di midas Civil. È simile alla logica di utilizzo delle combinazioni, ad esempio, in Scia Engineer. Tuttavia, seguendo alcuni semplici principi, le combinazioni rieseguite nell'applicazione BIM portano a risultati di forze interne identici a quelli di midas Civil. Questa logica è descritta in modo più dettagliato in un articolo separato intitolato Midas Civil BIM link – import of internal forces and combinations to IDEA StatiCa. Per l'utilizzo ordinario dell'applicazione BIM, uno studio approfondito non è necessario ed è sufficiente seguire i principi descritti di seguito. Tuttavia, quando si affrontano attività insolite o discrepanze nelle forze interne tra midas Civil e IDEA StatiCa BIM, è importante comprendere i principi dell'applicazione BIM. Inoltre, i concetti alla base dei semplici principi di questo articolo diventeranno più chiari al lettore.

1. Non utilizzare segni diacritici in midas Civil

L'esportazione dei dati da midas Civil utilizza file *.mid e *.mct. Punti e virgole sono utilizzati come separatori per i singoli dati in questi file. Punti e virgole nei nomi delle singole entità del modello (casi di carico, combinazioni, sezioni trasversali, ecc.) possono compromettere questa struttura. Accenti, virgole e in generale i segni diacritici possono causare problemi durante l'importazione dei dati nell'applicazione BIM. Pertanto, si consiglia di non utilizzare segni diacritici nella denominazione delle singole entità del modello in midas Civil.

2. Indicatori per determinare il tipo di combinazione SLU o SLE

In midas Civil, le combinazioni vengono inserite nella scheda Load Combination -> General. In midas Civil, l'utente distingue tipicamente il tipo di combinazione tramite il nome, ma l'informazione su se, ad esempio, si tratta di una combinazione SLU o SLE-caratteristica è assente nei dati importati da midas Civil. Tuttavia, per la corretta verifica degli stati limite della sezione trasversale, l'applicazione BIM e, successivamente, l'applicazione RCS devono distinguere tra le combinazioni. Questa classificazione può essere eseguita manualmente nell'applicazione BIM dopo l'importazione nel Combination Manager. Tuttavia, secondo la tabella seguente, è più appropriato ed efficiente aggiungere indicatori per distinguere le combinazioni direttamente in midas Civil nel campo Description. Le combinazioni senza indicatori vengono automaticamente considerate come combinazioni SLU.

3. Distinzione coerente tra casi di carico permanenti e variabili in midas Civil

Per il corretto funzionamento dell'applicazione BIM con i casi di carico importati, è necessario distinguere correttamente tra casi di carico permanenti e variabili in midas Civil utilizzando il parametro Type per ciascun caso di carico. I casi di carico impostati in midas Civil con un tipo corrispondente ai carichi permanenti (Permanent Loads Case) vengono importati nell'applicazione BIM come casi di carico permanenti (più precisamente, il gruppo di casi di carico a cui appartengono è di tipo permanente). I casi di carico impostati in midas Civil con un tipo corrispondente ai carichi variabili (Transient Loads Case) vengono importati nell'applicazione BIM come casi di carico variabili. Un elenco dei singoli tipi permanenti e variabili è mostrato nell'immagine seguente.

4. Non utilizzare casi di carico permanenti nelle combinazioni di inviluppo in midas Civil

Midas Civil e l'applicazione BIM utilizzano una logica leggermente diversa quando si lavora con i casi di carico permanenti. In midas Civil, una combinazione di tipo Envelope non distingue tra casi di carico permanenti o variabili; valuta semplicemente in modo matematico l'inviluppo massimo e minimo dall'insieme definito di casi di carico.

D'altra parte, nell'applicazione BIM, durante la valutazione di una combinazione di inviluppo da un insieme definito di casi di carico che include sia casi di carico permanenti che variabili, gli effetti dei casi di carico permanenti vengono sempre sommati all'inviluppo formato dagli altri casi di carico variabili. Ciò porta a differenze nelle forze interne tra midas Civil e IDEA StatiCa BIM. Tuttavia, queste differenze nella valutazione dell'inviluppo possono essere facilmente evitate in midas Civil non utilizzando casi di carico permanenti nelle combinazioni di tipo inviluppo e insieme ai carichi variabili. Questa regola si applica solo ai casi di carico permanenti.

5. Utilizzare solo casi di carico permanenti nell'analisi per fasi costruttive

Quando si utilizza la costruzione per fasi in midas Civil (Construction Stage Analysis), è importante considerare come vengono gestiti i casi di carico permanenti importati. Tutti i casi di carico risultanti dall'analisi per fasi costruttive (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) vengono automaticamente importati nell'applicazione BIM come casi di carico permanenti, e l'applicazione li considera come parte dei risultati della costruzione per fasi. Il problema si verifica se a un caso di carico che non fa parte dell'analisi per fasi costruttive in midas Civil viene erroneamente assegnato un tipo corrispondente ai casi di carico permanenti (come Dead load, USER, ecc.). L'applicazione BIM importa questo caso di carico come tipo permanente e tenta di "collocarlo" tra i risultati della costruzione per fasi. Tuttavia, non sa dove posizionare il caso di carico perché non faceva parte dell'analisi per fasi costruttive definita in midas Civil. L'applicazione BIM visualizzerà quindi il seguente messaggio prima di eseguire la verifica della sezione trasversale: "The combination is not applicable for cross-section design because the permanent load cases contained in this combination do not correspond with permanent load cases defined in the construction stages."

Ancora una volta, questi problemi possono essere facilmente evitati distinguendo in modo coerente tra casi di carico permanenti e variabili in midas Civil tramite il parametro Type (come descritto al punto 3) e utilizzando i casi di carico permanenti solo all'interno dell'analisi per fasi costruttive. È quindi essenziale evitare di utilizzare in midas Civil tipi per i casi di carico variabili (analisi PostCS) che vengono importati nell'applicazione BIM come casi di carico permanenti. Un errore comune, ad esempio, è l'utilizzo del tipo USER, che viene sempre importato come caso di carico permanente e causa quindi i problemi descritti nel paragrafo precedente.

Inoltre, l'applicazione BIM dispone di uno strumento per verificare la coerenza dei casi di carico permanenti nelle combinazioni valutate con le fasi costruttive in midas Civil. È possibile accedervi tramite la scheda Assessment 1D facendo clic sul pulsante Check of combinations.

6. Impostazione dei gruppi di casi di carico e verifica dopo l'importazione

Tutti i casi di carico importati nell'applicazione BIM vengono automaticamente suddivisi in cosiddetti gruppi di casi di carico. Questi gruppi valutano le combinazioni di inviluppo e garantiscono il corretto funzionamento dell'applicazione BIM; devono essere seguite le regole definite di seguito.

I risultati dell'analisi per fasi costruttive (Dead load, Erection load, Tendon Primary, Tendon Secondary, Creep secondary, Shrinkage secondary) vengono importati come casi di carico parziali (per l'inizio e la fine di ciascuna fase). Vengono automaticamente assegnati a gruppi di casi di carico con nomi identici, che sono sempre impostati come tipo permanente. Questo processo avviene automaticamente.

I risultati dell'analisi PostCS (casi di carico variabili) vengono anch'essi automaticamente assegnati ai rispettivi gruppi di casi di carico, corrispondenti al tipo impostato per i casi di carico in midas Civil – si veda il punto 3 di questo articolo. Per un corretto trattamento dei casi di carico nelle combinazioni di inviluppo all'interno dell'applicazione BIM, è importante che tutti i casi di carico in una singola combinazione di inviluppo siano nello stesso gruppo di casi di carico e che il gruppo sia impostato come tipo Exclusive. Dopo l'importazione, è consigliabile verificare che tutti i gruppi di casi di carico variabili abbiano il tipo Exclusive impostato.

Un'assegnazione errata del tipo di caso di carico in midas Civil verrà illustrata con l'esempio della combinazione di inviluppo Temperature, che valuta l'inviluppo delle forze interne da due casi di carico:

• TG+ – Variazione di temperatura non uniforme +
• TG- – Variazione di temperatura non uniforme -

Analizziamo la situazione in cui al caso di carico TG+ viene erroneamente assegnato il tipo Temperature (T) in midas Civil, e al caso di carico TG- viene assegnato il tipo Temperature gradient (TPG). Questa imprecisione non influirà sui risultati della combinazione in midas Civil e l'inviluppo sarà corretto. Tuttavia, dopo l'importazione nell'applicazione BIM, i casi di carico verranno collocati in due (!) diversi gruppi di casi di carico, entrambi di tipo Exclusive. L'inviluppo Temperature importato da midas Civil verrà valutato nell'applicazione BIM come somma dei casi di carico TG+ e TG-. Il motivo di questo comportamento è spiegato in dettaglio in questo articolo.

7. Abilitare i passi aggiuntivi nelle impostazioni delle fasi costruttive

Così come l'applicazione BIM ricostruisce gli inviluppi dei carichi variabili, ricostruisce anche i risultati dell'analisi per fasi costruttive dai risultati parziali di midas Civil. È quindi necessario esportare i risultati da midas Civil alla fine di ciascuna fase (impostazione predefinita) e all'inizio di ciascuna fase. Per garantire che l'applicazione BIM disponga di informazioni complete per "ricostruire la costruzione per fasi", l'opzione "Additional steps" deve essere selezionata nella finestra di dialogo delle impostazioni della costruzione per fasi (Load -> Construction stage -> Define C.S.) per tutte le fasi. Se questa opzione non è abilitata, i passi aggiuntivi per la fase verranno creati in IDEA StatiCa BIM, ma i valori delle forze interne non verranno compilati. 

8. Aggiunta del caso di carico zero alla combinazione di inviluppo in midas Civil

Nella valutazione della combinazione di inviluppo, midas Civil segue rigorosamente la logica matematica e valuta il valore minimo come il valore matematicamente più basso e il valore massimo come il valore matematicamente più alto dall'insieme definito di casi di carico.

Al contrario, l'applicazione BIM tiene automaticamente conto delle situazioni in cui nessun carico variabile è applicato alla struttura durante la valutazione della combinazione di inviluppo dei carichi variabili. Quando si valuta l'inviluppo dai casi di carico con effetti (nella sezione specifica della struttura!) dello stesso segno, ad esempio positivo, l'applicazione BIM valuterà il valore positivo massimo come massimo e zero come minimo – ovvero nessun carico variabile è applicato alla struttura.

Se i singoli casi di carico nella combinazione di inviluppo in midas Civil producono forze dello stesso segno, è necessario aggiungere un caso di carico zero (vuoto) alla combinazione di inviluppo. Ciò tiene conto anche del fatto che nessun caso di carico variabile potrebbe essere applicato alla struttura dal gruppo di casi di carico variabili nella combinazione di inviluppo in midas Civil. Garantisce la coerenza dei risultati tra midas Civil e l'applicazione BIM.

Se la combinazione di inviluppo fornisce valori massimi e minimi di segno opposto nelle singole sezioni (la grande maggioranza dei casi), l'aggiunta di un caso di carico zero alla combinazione di inviluppo non è necessaria.

9. Considerazione dei fattori r_sup e r_inf per la verifica allo SLE

Le verifiche agli stati limite di esercizio (SLE) in IDEA StatiCa RCS tengono automaticamente conto dell'influenza dei fattori r_inf e r_sup definiti in EN 1992-1-1; 5.10.9 (1) per gli effetti della post-tensione. Pertanto, non è necessario considerare questi fattori durante la creazione delle combinazioni SLE in midas Civil. Se questi fattori fossero applicati in midas Civil, verrebbero applicati una seconda volta nell'applicazione RCS.

Tuttavia, è evidente che durante la progettazione di un ponte, un ingegnere deve calcolare e visualizzare, ad esempio, gli inviluppi delle tensioni normali nelle fibre estreme della sezione già in midas Civil. Pertanto, prima dell'esportazione nell'applicazione BIM, è necessario disattivare queste combinazioni SLE, inclusi i fattori r_inf e r_sup.

Un'alternativa è importare le combinazioni SLE, inclusi i fattori, ma nell'applicazione RCS impostare i valori dei fattori ring e group a 1,0. Ulteriori informazioni su questo argomento sono disponibili nell'articolo How the fators r_inf and r_sup​ are considered for SLS combinations. 

10. Verifica degli inviluppi tra midas Civil e IDEA StatiCa BIM

È sempre altamente raccomandato verificare la correttezza dei carichi importati in IDEA StatiCa BIM. Ciò può essere fatto facilmente confrontando gli inviluppi delle forze interne tra midas Civil e IDEA StatiCa BIM (applicazione BIM). Ad esempio, la procedura standard in midas Civil prevede che un'unica combinazione di inviluppo "finale" degli stati limite ultimi (SLU) combini tutte le combinazioni SLU parziali, ed è quindi sempre consigliabile, dopo l'importazione, confrontare questo inviluppo finale con i risultati "ricostruiti" nell'applicazione BIM.

Tuttavia, quando si confrontano gli inviluppi per un modello di calcolo con una sezione trasversale calcestruzzo-calcestruzzo composita (per fasi), emerge una differenza tra midas Civil e IDEA StatiCa BIM riguardo al baricentro considerato della sezione trasversale per la valutazione dei momenti flettenti. Il programma midas Civil riferisce tutte le forze interne (inclusi gli effetti della post-tensione) al baricentro della sezione trasversale attualmente attivata. In IDEA StatiCa BIM, le forze interne vengono ricalcolate rispetto al baricentro della sezione trasversale finale per l'intera costruzione per fasi. Questa differenza nel punto di riferimento, rispetto al quale vengono valutati i momenti flettenti e i loro inviluppi, influenza naturalmente i risultati. Pertanto, per le sezioni trasversali per fasi, è necessario confrontare, ad esempio, gli inviluppi delle forze di taglio tra midas Civil e l'applicazione BIM. Ulteriori informazioni su questo argomento sono disponibili nell'articolo Composite Cross-sections - Different Internal Forces in midas Civil and IDEA StatiCa.