Le connessioni nei software FEM
Questa pagina parla delle connessioni e dei nodi in acciaio, o giunti. Solitamente il software FEM che usiamo come strutturisti ci aiuta nella modellazione globale del nostro progetto. In alcuni casi ci aiuta anche nell'organizzare e concepire i dettagli costruttivi, tra cui i giunti.
Anticipiamo che impiegando le "connessioni" e assegnandole a "Giunti Reali Posizionati" è possibile convertire un modello ad elementi finiti (linee di travi con azioni di progetto derivanti dal calcolo) in 3D completi di piastre di nodo, dettagli di nodo, e dettagli costruttivi.
La seguente immagine vuole descrivere il nostro scopo: generare progetti completi da unifilari FEM. Ma per ora non lasciamoci distrarre dall'immagine sotto e continuiamo sotto di essa.
Innanzitutto un pò di terminologia.
Connessione = In CalcS, è una proprietà della estremità 1 o 2 di un elemento finito lineare (beam o truss).
E' un numero intero positivo non nullo. Per esempio possiamo scrivere ST7.FE13.2C14 e significa che nel modello Straus/ l'elemento finito n.13 ha nella estremità due una connessione di tipo 14.
Giunto Reale = E' un insieme organizzato di membrature lineari (per esempio un HEA 140 e due aste fatte con angolari doppi) che si incontrano in prossimità di un punto definito dello spazio (non necessariamente un nodo FEM) ma che
- sono collegati insieme nel modello strutturale (tramite connettività diretta degli elementi FEM allo stesso nodo FEM oppure tramite altri elementi connettori come i link rigidi di Straus7 o di CMP, per esempio)
- sono o saranno collegati nella struttura reale da lavorazioni delle membrature, saldature, bullonature, viti o chiodi che uniranno strutturalmente le varie membrature lineari.
I Giunti Reali (anche da qui in poi detti RJ - Real Joints) hanno sempre un sistema di riferimento locale origine+XYZassi. Se sono associati ad un modello FEM, il sistema di riferimento locale è tale da collocarli nella loro giunsta posizione,
e compaiono nei disegni del modello FEM che si ricavano con la scheda VIEWPORTbyUCS o VIEWPORTbyMacroElement .
Se RJ è posizionato in un modello FEM può prendere il nome ST7.RJ1.14: la 14 ripetizione (prima ce ne sono 13 uguali) di un nodo di tipo RJ1 nel modello FEM ST7 correntemente importato nel file CalcS.
Membratura Passante = in un Giunto Reale, alcune membrature "passano oltre il giunto", seppur lavorate con fori o saldature. Sono dette membrature passanti per contrapporle alla
Membratura Confluente = che invece viene interrotta nel giunto reale. Tale interruzione può essere ripristinata con unitori come flange e bulloni, oppure no, ma il profilo prima di arrivare al Giunto Reale sarà sostanzialmente modificato nella sua natura.
Vale la pena nel seguito di esemplificare il concetto con qualche disegno redatto da CalcS partendo da modelli FEM unifilari:
Le connessioni nei modelli FEM sono un utile strumento organizzativo per leggere i risultati del modello FEM e preparare la progettazione dei Giunti Reali.
CalcS si deve necessariamente confrontare con la maniera nella quale ragionano i diversi software FEM: facciamo un confronto ad esempio tra CMP (importare da CMP) e JASP (importare da JASP).
In CMP la Connessione è una proprietà assegnata alla estremità di un elemento finito. Ad esempio nella struttura in immagine sottostante abbiamo 12 colonne collegate a coppie da un tirante.
la connessione "C4" è assegnata alla prima ed alla seconda estremità di ogni tirante, la connessione "C3" al piede di alcune colonne e la connessione "C5" al piede di altre.
CMP ci fornisce ad esempio al variare di tutte le possibili combinazioni e di tutte le possibili posizioni della connessione "C5" nel modello le caratteristiche di sollecitazione "più significative". Con "più signifcative" CMP intende che rendono minimo (o massimo) il momento flettente intorno ad un certo asse locale del pilastro (oppure lo sforzo normale, o ancora la sollecitazione di tipo fibra in 4 punti caratteristici della sezione*).
La lista di tali valori di sollecitazioni in "C5" al variare della posizione e delle combinazioni è ad esempio utile per dimensionare la piastra di base con un foglio excel (o con CalcS, se lo avete!!!). Nulla influenza ha in CMP la assegnazione di tale valore di connessione sul calcolo numerico effettuato. Il menù per gestire gli "end releases" degli elementi tipo beam è differente dal menù che assegna le connessioni. Le connessioni possono anche essere attribuite anche valle del calcolo numerico, non avendo influenza sul calcolo.
Consideriamo ad esempio ora cosa succede in JASP: in JASP si può definire uno "svincolo" in un dato punto di un beam (iniziale, finale, o anche intermedio). Tale "svincolo" è un set di proprietà più articolato di quanto il nome non suggerisca, che comprende non solo eventuali "end-releases" flessionali ma anche una proprietà di "unione".
Per esempio nella figura sottostante all'inizio della trave 7 è asseganto il vincolo "6) Cerniera RJ2" cui corrisponde un insieme di rilasci flessionali della estremità trave, ed una "unione". JASP possiede strumenti per listare le sollecitazioni in una data unione nei vari punti del modello e nelle varie combinazioni, ma possiede anche strumenti per scrivere le "caratteristiche resistenti" delle unioni e verificare in automatico che siano compatibili con le sollecitazioni calcolate.
Per esempio se la unione "Cerniera RJ2" ha due tagli resistenti T1Rd e T2Rd nelle due direzioni Jasp verificherà che (T1E/T1Rd)^2 + (T2E/T2Rd)^2 <1 **. Le caratteristiche resistenti delle unioni vanno determinate con un altro programma (ad esempio con CalcS!). Quindi in JASP attribuire gli svincoli può aver riflessi sui risultati del calcolo numerico.
E CalcS?
Cosa se ne fa CalcS di questi dati? sia JASP, sia CMP assegnano comunque un attributo alla prima o seconda estremità di alcuni elementi beam. CalcS importa le informazioni sulle connessioni di CMP e sulle unioni di JASP, mette in memoria la posizione delle connessioni (o delle unioni) all'inizio ed alla fine degli elementi e da tale informazione intende che "l'elemento cui è assegnata una connessione o unione" sarà interrotto nel nodo (e quindi sarà una Membratura Confluente) e
collegato alla Membratura Passante (o ad un blocco esterno) con un tipo di nodo collegato al codice di connessione.
Ad esempio se nel nome della connessione o della unione vi è la stringa "RJ2" allora CalcS collegherà la trave alla colonna con il Giunto Reale di tipo 2! Ciò vi consentirà di creare dei "Giunti Reali Posizionati" all'interno del vostro modello FEM e di disegnarli tutti insieme in un alzato o prospetto del vostro modello, dopo che siano stati verificati con le sollecitazioni
di calcolo derivanti dalla analisi!
A partire dalla release 2.00.17 è stato introdotto un primo esempio di questa procedura, che di è dimostrata gradita agli utenti e diventerà un modo nuovo di usare CalcS.
Potete ad esempio seguire questo tutorial: JASP (2) oppure Straus7 (Strand 7)(4) per vedere come usare questo concetto del giunto reale posizionato per convertire un modello FEM unifilare in un progetto completo di dettagli costruttivi!
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E se invece ho un software (come MIDAS) nel quale non c'è un comando per assegnare le "connessioni"?
CMP ha nativamente un comando per definire le connessioni, lo stesso ha JASP (in JASP si chiamano "vincoli") ed in altro software (come STRAUS) si possono impiegare escamotages (per esempio in STRAUS si possono usare i parametri delle analisi termiche, come viene insegnato nel corso Corso Edificio Residenziale 1 ).
E in software come MIDAS o SAP2000 o CONSTEEL, come si fa? Ci sono due modi:
1. Si usa una codifica parlante, che si aggiunge al nome file:
"beam property 2 [HEA 180] <S 275> e1:C7 e2:C7"
Indica ad esempio che TUTTI I MULTIELEMENTI che hanno tale proprietà sezionale vengono dotati, all'inizio ed alla fine, di una connessione C7.
2. Si usa il Tecnigrafo 2D per applicare manualmente le connessioni dopo aver importato il modello FEM in CalcS (Apri il tecnigrafo 2D).
La "codifica parlante" è utile anche in situazioni come quella in figura sottostante: per esempio se la sezione gialla ha nel nome la codifica parlante "e1:C7 e2:C7" e poi viene assegnato a C7 il giunto reale posizionato RJ_3 (RJ_3), allora tutte le travi secondarie si doteranno di apposito giunto per appoggiarsi alle travi principali rosse.
Nel tutorial MIDAS (2) è riportato un esempio di uso di tale codifica.
* In realtà CMP cerca le sollecitazioni tipo fibra massime in 4 punti di una sezione "rettangolare paragonabile" a quella in esame, ma vi rimandiamo alla guida di CMP èer ulteriori dettagli
** In realtà JASP è più "generale" nella sua impostazione di fondo, e vi permette di settare diversi domini di interazione, ma qui ne citiamo solo uno per brevità.
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