Tutte le funzionalità di Detail 3D

Introduzione

Detail 3D è essenzialmente un'estensione dell'attuale applicazione IDEA StatiCa Detail. Aggiunge un nuovo tipo di Modello 3D e con esso l'implementazione di un metodo per il calcolo dei campi di sollecitazione nello spazio 3D chiamato CSFM 3D. I calcoli e le verifiche sono implementati per lo Stato Limite Ultimo.

Prima di addentrarci nella descrizione delle funzionalità di Detail 3D è bene segnalare l'esistenza di un background teorico, dove è possibile leggere ulteriori dettagli tecnici sulle singole entità del modello e sui calcoli stessi.

• IDEA StatiCa Detail - Progettazione strutturale di discontinuità in calcestruzzo 3D

Nella prima fase, l'utente può selezionare un nuovo tipo di Modello nella schermata iniziale (nella procedura guidata), dove sono disponibili diversi modelli e, naturalmente, l'opzione di inserire un modello da zero.

Come per i modelli 2D, è possibile modificare le impostazioni iniziali nella parte destra, come il codice di progetto, i materiali e il copriferro del calcestruzzo.

Dopo aver creato un modello vuoto o un modello da un modello, sono disponibili le opzioni familiari all'ambiente di modellazione 2D.

Le opzioni per lavorare con più elementi del progetto si trovano nella barra multifunzione superiore, così come i pulsanti Annulla/Ripristina ormai standard, le opzioni di visualizzazione delle etichette, i controlli della Galleria, le impostazioni di calcolo e i controlli di gestione dei modelli.

Il pannello di controllo è stato creato per inizializzare la struttura ad albero, il cui primo elemento, chiamato per default DRM1, contiene le impostazioni predefinite per l'elemento di progetto vero e proprio. Sopra l'albero si trovano gli strumenti per la modifica del modello.

Modellazione

Al nuovo ambiente 3D di IDEA StatiCa Detail sono stati aggiunti molti nuovi strumenti ed entità modello. Nella sezione che segue, esamineremo insieme tutte le opzioni disponibili nella versione 24.1.

Entità del modello

Nella categoria Entità modello dell'applicazione Detail sono incluse le seguenti:

• Membrature
• Supporti
• Dispositivi di trasferimento del carico

Nella versione 24.1 è possibile inserire una sola membratura, che può essere definita con forma di rettangolo o poligono. Una forma rettangolare è definita da tre dimensioni, mentre per l'opzione Poligono, la forma nello spazio 2D viene inserita in una tabella utilizzando le coordinate, che possono poi essere estratte nello spazio. Per definire la forma generale di un poligono, è possibile inserire le singole coordinate nella tabella o utilizzare un copia-incolla da un programma di foglio elettronico (come Microsoft Excel).

Il supporto di superficie viene utilizzato per sostenere il modello. Questo tipo di supporto può essere specificato in due modi: due tipi di geometria.

• Superficie intera
• Polilinea

In entrambi i casi, è necessario scegliere una superficie di riferimento e, naturalmente, definire i gradi di libertà. Il supporto può essere definito elastico e il tipo di compressione può essere utilizzato per una direzione perpendicolare alla superficie specificata. Nella figura seguente, possiamo vedere l'input del supporto sulla superficie intera numero 4 e l'opzione di sola compressione disattivata.

Per la seconda opzione di inserimento delle polilinee, è disponibile la stessa tabella dell'inserimento dei membri. Anche in questo caso, è possibile utilizzare la funzionalità di copia-incolla o inserire manualmente le coordinate. La forma inserita può essere spostata lungo la superficie di riferimento utilizzando le coordinate X e Y o ruotata inserendo un angolo.

È possibile specificare una polilinea in modo che l'origine delle coordinate si trovi nel baricentro della forma desiderata. La posizione sarà quindi riferita dalle coordinate X e Y a tale baricentro.

Dispositivi di trasferimento del carico

I dispositivi di trasferimento del carico contengono due entità: la piastra di base e l'ancoraggio singolo. Cominciamo con la piastra di base. Per specificare la posizione, è necessario selezionare una superficie e un bordo di riferimento. Questi definiscono l'origine delle coordinate dalla quale vengono misurate le distanze X e Y. Sono disponibili due opzioni di definizione della forma, Rettangolare e Poligono.

La piastra di base è collegata all'elemento in calcestruzzo da un contatto che trasferisce le sollecitazioni di compressione e, a scelta dell'utente, può trasmettere anche le sollecitazioni di taglio. È possibile selezionare tre meccanismi di trasferimento delle sollecitazioni di taglio:

• per attrito
• per ancoraggio
• per ferro di taglio

Il software non consente di combinare questi meccanismi di trasferimento del taglio.

Per l'opzione per attrito, è necessario inserire il valore di progetto del coefficiente di attrito. Per l'opzione con ferro a taglio, è necessario inserire il profilo dell'acciaio, compresa la geometria e la posizione.

La piastra di base può trasmettere un carico puntuale o un gruppo di forze. Per un carico puntuale, il modello può essere caricato con sei forze interne (Fx, Fy, Fz, Mx, My e Mz) in qualsiasi posizione della piastra di base. Per un gruppo di forze, gli utenti possono inserire le posizioni, le intensità e le direzioni delle forze in una tabella, che consente un posizionamento generale sulla piastra di base.

Un secondo dispositivo di trasferimento del carico, l'ancoraggio singolo, può essere aggiunto e interconnesso con la piastra di base per creare, ad esempio, una piastra di base della colonna ancorata con quattro ancoraggi (vedere la figura seguente). È anche possibile modellare ancoraggi separati senza piastra di base.

Per ulteriori informazioni sull'interconnessione con la piastra di base, consultare la sezione Background teorico.

In termini di posizione e geometria, gli ancoraggi sono riferiti alla superficie e al bordo del blocco, compresa la determinazione della posizione relativa come nel caso della piastra di base. Naturalmente, è possibile specificare la lunghezza dell'ancoraggio nel calcestruzzo e la lunghezza sopra la superficie del calcestruzzo.

Gli ancoraggi possono essere definiti di due tipi:

• Gettato in opera - Armatura
• Ancoraggi chimici

Per l'armatura gettata in opera, la tensione di aderenza viene utilizzata in base alla norma EN 1992-1-1 cap. 8.4.2. Inoltre, per questo tipo di ancoraggio è possibile specificare il tipo di ancoraggio come per le armature convenzionali.

Per gli ancoraggi chimici, è possibile inserire direttamente la tensione di aderenza, che l'utente può ricavare dalla scheda tecnica della ancorante chimico applicato. Si noti che è necessario inserire il valore di progetto della tensione di aderenza.

Una descrizione approfondita del comportamento dell'interconnessione tra l'ancoraggio e la piastra di base è descritta nel capitolo Background teorico.

Carichi e combinazioni

Carichi

I casi di carico possono essere definiti come per gli elementi 2D in cemento armato. Ciò significa che a ciascun caso di carico può essere assegnato un tipo di carico permanente o variabile. I casi di carico permanenti vengono applicati al modello per primi e, dopo un calcolo riuscito, vengono applicati i casi di carico variabili.

Tipo di impulsi di carico

A ciascun caso di carico è possibile aggiungere un totale di 4 tipi di impulsi di carico.

La definizione dei carichi di superficie è identica a quella dei supporti di superficie. Ciò significa che è possibile specificarlo in due modi: Superficie intera e Polilinea. Nel caso dei carichi di superficie, naturalmente, l'intensità del carico viene inserita nelle tre direzioni generali.

Il gruppo di forze è un'entità di carico che consente di specificare le forze in tre direzioni in qualsiasi punto del modello utilizzando una tabella. Può essere riferito alla piastra di base o alla superficie di un blocco di cemento. Per l'immissione di tabelle, è possibile utilizzare la funzionalità di copia-incolla dal programma di foglio elettronico.

Il peso proprio deve essere incluso in ogni modello. Ad esempio, le fondazioni in calcestruzzo caricate con un momento flettente non si ribaltano facilmente.

I carichi puntuali possono essere caricati direttamente sulla piastra di base con sei forze interne Fx, Fy, Fz, Mx, My e Mz nella posizione generale.

Quando si utilizza una piastra di base, l'applicazione di questa forza direttamente a una piastra di base realistica e deformabile può portare a una ridistribuzione non realistica delle sollecitazioni sulla piastra, sugli ancoraggi e sul calcestruzzo. È quindi più appropriato utilizzare la seconda opzione - lo stub.

Lo stub

Lo stub è rappresentato da una breve parte della colonna al di sopra della piastra di base, che viene modellata come una struttura a elementi shell e si comporta come un'interfaccia fisicamente accurata tra le forze interne e la piastra. Si utilizza un database di sezioni standard.

L'insieme delle forze interne a 6 componenti (forze e momenti) è applicato in un singolo punto della faccia inferiore dello stub, ovvero la base della colonna.

I vincoli trasferiscono le forze alla faccia superiore dello stub, da dove vengono ridistribuite naturalmente attraverso lo stub nella piastra di base, negli ancoraggi e nel calcestruzzo.

Questo approccio preserva l'interazione realistica della rigidezza tra colonna e piastra ed elimina la necessità di una ridistribuzione manuale o di ipotesi artificiali.

Lo stub è stato rilasciato nella versione 25.1 di IDEA StatiCa.

Combinazioni

Poiché l'analisi in IDEA StatiCa Detail è non lineare, vengono utilizzate le cosiddette combinazioni non lineari. Ciò significa che i singoli casi di carico non vengono calcolati e i risultati non vengono sommati. Al contrario, i casi di carico dello stesso tipo vengono sommati prima del calcolo, ovviamente con i rispettivi coefficienti definiti nelle combinazioni, e le singole combinazioni vengono poi calcolate. Per questo motivo, l'esistenza di almeno una combinazione è un prerequisito per avviare il calcolo.

È possibile definire solo combinazioni per ULS.

Armatura

Il modello può essere armato con il Gruppo di barre 3D. Questo tipo di armatura contiene molte opzioni, che verranno analizzate nel testo seguente. È possibile specificare 4 tipi di Definizioni della forma delle barre:

• Da due punti
• Sul bordo della superficie
• Sul bordo della superficie su più bordi
• Su polilinea

Per ciascuno di questi elementi si possono naturalmente specificare il diametro e il materiale, compreso il tipo di ancoraggio all'inizio e alla fine delle barre.

La definizione della forma della barra Per due punti è intuitiva. È necessario inserire due serie di coordinate cartesiane X, Y e Z.

Definizione Sul bordo della superficie offre più controllo nella disposizione delle barre di armatura nella posizione desiderata. È possibile inserire le barre di armatura in più layers, con più barre in un layer e con distanze specifiche tra le barre all'interno e tra i layers. Naturalmente, è necessario specificare anche la superficie e il bordo di riferimento. 

Successivamente è necessario specificare il Copriferro della superficie, che definisce la distanza dalla superficie di riferimento (dalla superficie [1] nella figura seguente) e Copriferro del bordo, che definisce la distanza degli inserti dalle superfici laterali (dalle superfici [4], [ 5] e [2] nella figura seguente), può essere specificato come Da impostazioni predefinite o da Input utente.

Il valore di copriferro predefinito (Da impostazioni predefinite) per l'elemento attivo del progetto si trova nel primo elemento dell'albero (chiamato per default DRM1) dell'albero. Questo è stato definito all'inizio di questo articolo. Il copriferro del bordo può essere impostato come valore unico per ogni Gruppo di barre.

Infine, la Posizione sul bordo può essere modificata per questo tipo di voce. Ad esempio, come mostrato nella figura seguente, è possibile specificare l'armatura in modo che il copriferro del bordo definito dall'utente sia applicato solo alla superficie inferiore [5]. Le superfici laterali sono controllate dall'Estensione dell'inizio e della fine.

Un altro tipo di definizione è quella di Estensione della superficie su più bordi. In questo caso è possibile specificare un elenco di bordi o superfici su cui verrà posizionato il rinforzo, insieme a un elenco di strati di copertura per ciascuna superficie, come mostrato nella figura seguente.

La copertura può essere specificata anche utilizzando l'opzione Dalle impostazioni, come per la precedente. Anche in questo caso è possibile sfalsare l'armatura rispetto alla superficie di riferimento utilizzando la copertura Superficie e specificando il Numero e la Distanza degli strati. È inoltre possibile allungare o accorciare le estremità dal Primo bordo e dall'Ultimo bordo.

L'ultimo modo per definire l'armatura è Sulla polilinea. Come per le entità modello menzionate in precedenza, l'armatura può essere specificata utilizzando un elenco di coordinate copiate da un foglio di calcolo. In questo caso, per un migliore orientamento è disponibile anche una scena 3D con l'armatura visualizzata, che consente rotazioni attorno a due assi.

Importazione dell'ancoraggio da Connection a Detail

L'ancoraggio in un blocco di calcestruzzo semplice,  non armato, può essere modellato e verificato con IDEA StatiCa Connection. A volte può essere utile o necessario rinforzare il blocco di calcestruzzo. Sebbene questa funzionalità non sia disponibile all'interno dell'applicazione Connection, abbiamo Detail 3D. Detail 3D si concentra sulla risoluzione degli ancoraggi nei blocchi di calcestruzzo e sull'analisi sia degli elementi di ancoraggio che del blocco di calcestruzzo stesso. Inoltre, è stato implementato un collegamento diretto tra le applicazioni Connection e Detail per semplificare il processo.

Gli utenti del Connection che progettano ancoraggi secondo l'Eurocodice possono importare il loro modello da Connection al Detail 3D avanzato con un solo clic.

Come funziona?

• L'importazione è consentita solo per gli ancoraggi. Se nel modello di Connection non è presente alcun blocco di calcestruzzo, l'esportazione nel Detail è disabilitata ("Verifica CA").
• Il modello in Connection deve essere calcolato. Se i risultati non sono disponibili, l'icona di esportazione ("Verifica CA") è disabilitata.
• È consentito un solo blocco di calcestruzzo per l'importazione/esportazione.

Per un elenco completo delle limitazioni con ulteriori spiegazioni, consultare l'articolo Limitazioni note per 3D Detail.

La connessione viene importata, compresi

• blocco di calcestruzzo
• ancoraggi
• piastra di base
• carichi

Informazioni e parametri aggiuntivi che vengono impostati in base alle corrispondenti impostazioni della Connessione:

• trasferimento a taglio (tramite Ancoraggi, Ferro a taglio e Attrito)
• materiale
• tipo di ancoraggio: chimico/in opera
• tipo di ancoraggio all'estremità: Rondella/Dritto/Uncino
• coefficiente di attrito

Come esportare l'ancoraggio da Connection a Detail

Per prima cosa, creare un modello di ancoraggio in Connection secondo l'Eurocodice e fare clic sul pulsante Calcola.

Una volta ottenuti i risultati, si attiva l'esportazione degli ancoraggi. Facendo clic sul pulsante "Verifica CA" nella barra multifunzione, viene visualizzata una finestra di dialogo che richiede la posizione e il nome del file di dettaglio appena creato.

Dopo un'esportazione riuscita, viene creato il progetto in Detail. La geometria del blocco di calcestruzzo e della piastra di base, la posizione e le proprietà degli ancoraggi e il carico vengono trasferiti automaticamente nel Dettaglio. Il supporto di superficie posto sulla superficie inferiore del blocco di calcestruzzo viene creato automaticamente.

La parte più complicata di questo processo è l'importazione del carico. Per ogni effetto di carico calcolato in Connection, il caso di carico corrispondente e la combinazione SLU vengono creati automaticamente in Detail.

• La piastra di base è caricata dalle forze nelle saldature, che sono modellate come un gruppo di forze. Per il carico della piastra di base stessa, il carico importato è rappresentato da un gruppo di forze che seguono le sollecitazioni nelle saldature tra la piastra di base e gli elementi in acciaio nel modello Connection.

• Gli ancoraggi sono modellati e caricati indipendentemente dalla piastra di base e sono caricati assialmente da carichi puntuali. Il carico degli ancoraggi è rappresentato nella scena da una doppia freccia in direzioni opposte. Una freccia rappresenta la forza di trazione che agisce solo sulla parte superiore dell'ancoraggio. L'altra rappresenta la forza di compressione che agisce sulla piastra di base.

La casella di controllo "Trasferimento delle forze assiali" è deselezionata per impostazione predefinita, poiché gli ancoraggi sono caricati direttamente dalle forze.

• Il taglio viene trasferito, in base all'impostazione in IDEA Connection, da una delle opzioni: ancoraggi, ferro a taglio o attrito. Se la forza di taglio viene trasferita dagli ancoraggi, è possibile deselezionare la casella "Trasferimento del taglio" nei singoli ancoraggi. Se è impostato Attrito o Ferro a taglio, il taglio negli ancoraggi non viene mai considerato nel modello.

Non resta che aggiungere l'armatura e calcolare il modello.

Ulteriori informazioni generali sul Detail come soluzione per l'ancoraggio sono disponibili nell'articolo Detail 3D fuori dalla Beta.

Nota: le verifiche in Detail 3D sono attualmente solo per l'Eurocodice (EN).

Rilasciato in IDEA StatiCa versione 24.1.

Risultati

La visualizzazione dei risultati è molto simile a quella del Detail 2D. Tuttavia, ci sono alcune differenze sostanziali, soprattutto per quanto riguarda i risultati sul calcestruzzo. Nella sezione seguente, esamineremo tutti i risultati disponibili, concentrandoci sulle differenze menzionate. Nella scheda Verifica è possibile visualizzare un totale di 4 tipi di risultati:

• Riassunto
• Resistenza
• Ancoraggio
• Ausiliario

Il flusso di sollecitazioni in Riassunto dei risultati mostra i vettori delle sollecitazioni principali di compressione nel calcestruzzo e l'utilizzo dell'armatura per fornire una panoramica di base.

Nel controllo della Resistenza è possibile visualizzare la ridistribuzione delle sollecitazioni e delle deformazioni per le armature e il calcestruzzo. Nel nastro superiore della barra degli strumenti Risultati, è possibile controllare cosa verrà visualizzato. È inoltre possibile visualizzare i rapporti σc_,eq/σ_lim e ε/ε_lim , nonché la deformazione plastica, il livello di triassialità σ_c3/σ_lim e la direzione della tensione principale per il calcestruzzo. Tutti i risultati della resistenza sono riferiti allo Stato Limite Ultimo.

I materiali possono essere cambiati nelle proprietà.

Si può notare che la tensione principale equivalente σ_c,eq è nulla proprio sotto la piastra di base compressa. Si prega di leggere lo Background teorico in cui viene definito σ_c,eq. Oppure puoi leggere questo articolo di verifica, in cui questo fenomeno viene spiegato e verificato utilizzando un noto test triassiale.

• Sollecitazioni tri-assiali - l'effetto di confinamento attivo

La verifica dell'ancoraggio fornisce informazioni sulla tensione di aderenza e sulla forza totale sull'armatura e sugli ancoraggi.

Infine, è possibile visualizzare i risultati Ausiliari dell'applicazione: Deformazione, Rapporto di armatura e Valori tensoriali del calcestruzzo. Il primo tipo, Deformazione, può mostrare le deformazioni in scala del modello non lineare SLU.

Il rapporto di armatura mostra i valori utilizzati per calcolare l'effetto del Tension stiffening.

I valori di tensione del calcestruzzo consentono di visualizzare le intensità delle tensioni principali nel calcestruzzo e la loro direzione.

È possibile utilizzare anche le sezioni dei risultati.

Investiga sul comportamento del modello con i Risultati in sezione e la Verifica della tensione

I risultati nelle sezioni consentono di conoscere le tensioni all'interno dell'elemento in calcestruzzo. È possibile creare un numero qualsiasi di sezioni e in qualsiasi piano.

Rilasciato in IDEA StatiCa versione 24.0.4

Verifica delle tensioni

Per una migliore comprensione dei risultati e della teoria implementata nel Detail 3D, la grafica è stata notevolmente migliorata. Nella sezione "Resistenza", sotto la valutazione delle tensioni del calcestruzzo, troverai nuove icone e, soprattutto, dei tooltip che spiegano la teoria di base. Questi tooltip corrispondono al background teorico.

Rilasciato nella versione 24.0.2 di IDEA StatiCa.

Relazione

Come in tutte le altre nostre applicazioni, tutti i risultati possono essere stampati in una relazione generata automaticamente, che include lo background teorico, i paragrafi dell'utente e molto altro.