1.3 Instrumente de proiectare pentru armătură

Fluxul de lucru și obiective

Scopul instrumentelor de proiectare a armăturii în CSFM este de a ajuta proiectanții să determine eficient poziția și cantitatea necesară de bare de armătură. Următoarele instrumente sunt disponibile pentru a ajuta / ghida utilizatorul în acest proces: calculul liniar și optimizarea topologică.

Instrumentele de proiectare a armăturii iau în considerare modele constitutive mai simplificate decât modelele utilizate pentru verificarea finală a structurii. Prin urmare, definirea armăturii în această etapă trebuie considerată o pre-proiectare care va fi confirmată/rafinată în etapa de verificare finală. Utilizarea diferitelor instrumente de proiectare a armăturii va fi ilustrată pe modelul prezentat în Fig. 3, care constă dintr-un capăt al unei grinzi simplu rezemate cu înălțime variabilă, supusă unei încărcări uniform distribuite.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Model utilizat pentru a ilustra utilizarea instrumentelor de proiectare a armăturii.}}}$$

Analiza liniară

Analiza liniară ia în considerare proprietăți de material liniar elastice și neglijează armătura din zona de beton. Prin urmare, este un calcul foarte rapid care oferă o primă imagine asupra pozițiilor zonelor de întindere și compresiune. Un exemplu al unui astfel de calcul este prezentat în Fig. 4.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Rezultatele instrumentului de analiză liniară pentru definirea dispunerii armăturii}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(roșu: zone comprimate, albastru: zone întinse).}}}$$

Optimizarea topologică

Optimizarea topologică este o metodă care urmărește găsirea distribuției optime a materialului într-un volum dat, pentru o anumită configurație de încărcare. Optimizarea topologică implementată în Idea StatiCa Detail utilizează un model liniar cu elemente finite. Fiecare element finit poate avea o densitate relativă între 0 și 100 %, reprezentând cantitatea relativă de material utilizat. Aceste densități ale elementelor sunt parametrii de optimizare în problema de optimizare. Distribuția de material rezultată este considerată optimă pentru setul dat de încărcări dacă minimizează energia totală de deformație a sistemului. Prin definiție, distribuția optimă este, de asemenea, geometria care are cea mai mare rigiditate posibilă pentru încărcările date.

Procesul iterativ de optimizare începe cu o distribuție de densitate omogenă. Calculul este efectuat pentru mai multe fracțiuni de volum total (20%, 40%, 60% și 80%), ceea ce permite utilizatorului să selecteze cel mai practic rezultat. Forma rezultată constă din grinzi cu zăbrele, cu bare comprimate și întinse, și reprezintă forma optimă pentru cazurile de încărcare date (Fig. 5).

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Rezultatele instrumentului de proiectare prin optimizare topologică cu volum efectiv de 20\% și 40\%  }}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(roșu: zone comprimate, albastru: zone întinse).}}}$$