Modellazione

Iter Operativo

Il modello viene preparato con il Pre-Processore.

L'iter operativo da seguire deve passare necessariamente attraverso i seguenti punti:

1. Generazione dei nodi strutturali.
2. Collegamento dei nodi con gli elementi finiti.
3. Definizione delle proprietà degli Elementi Finiti utilizzati (geometria sezioni, materiali, fixing factors) e vincoli.
4. Definizione dei carichi nelle varie condizioni di carico.
5. Definizione del tipo di analisi da condurre.
6. Controllo dei dati
7. Archiviazione del modello.

Input dei Nodi

Il modello di esempio ha una distribuzione regolare di nodi in pianta per cui si apre il menu Nodi, si sceglie il comando Genera nodi-Reti e si specifica l'input richiesto nel corrispondente tool.

Fig. 1 Si specifica l'input richiesto nel tool Genera una rete di nodi.

In questo caso si intende creare in direzione X cinque campi uguali con estensione 2 m. I campi sono larghi 2 m anche in direzione Y. La rete di nodi che si ottiene è a quota Z=3 m.

Per avere un maggiore controllo dei nodi così generati si sceglie la visualizzazione assonometrica.

Fig. 2 Vista assonometrica dei nodi.

La disposizione dei nodi ottenuta servirà per disporre le aste che costituiscono il traverso del portale. Da ciascuno dei nodi definiti in testata dovrà scendere un elemento pilastro per raggiungere i nodi a quota Z=0 m che andiamo a creare.

Duplichiamo i nodi in direzione Z così da ottenere i nodi alla quota voluta. A tale scopo si impiega il comando Copia del menu Nodi.

Il nostro pilastro alto 3 m lo dividiamo in due tronchi uguali lungo la sua altezza così da prevedere nel punto mediano il nodo di connessione con un traverso di irrigidimento tra le due colonne. Questa organizzazione dei nodi la ottengo duplicando due volte i nodi verso il basso con un passo di 1,50 m.

Fig. 3 Il tool Copia.

Dopo aver fornito nel tool Copia il numero di copie (pari ad 2) ed il passo di copia (pari -1.5), si costruisce il rubber per la selezione dei nodi da duplicare.

Fig. 4 Selezione dei nodi da copiare (prima parte).

In questo esempio, la disposizione dei nodi richiede la definizione di due rubbers in successione per la selezione dei due gruppi di nodi da duplicare presenti sulle due testate del traverso.

Fig. 5 Selezione dei nodi da copiare (seconda parte).

L'insieme di nodi ottenuto è organizzato secondo una maglia tridimensionale tra cui, nel passo successivo, andremo a connettere gli elementi previsti (travi, pilastri, ecc.).

Fig. 6 I Nodi del portale.

I nodi del piano di fondazione sono vincolati esternamente. Se si pensa di far interagire la struttura in elevazione con quella di fondazione è necessario vincolare i nodi alla Winkler (no traslazione in direzione X, Y e no rotazione attorno all'asse Z globale) mentre se la struttura è incastrata alla base occorre vincolare tutte le componenti di spostamento. Nel nostro esempio i nodi di base sono incastrati.

Attivando nel menu Nodi il comando Vincola si procede a specificare nel relativo tool le componenti di spostamento da bloccare.

Fig. 7 Tool Vincola Nodi: vincolamento ad incastro.

Con un rubber seleziono i nodi a quota Z= 0 m da vincolare ad incastro.

Fig. 8 Si definisce il rubber in grado di selezionare tutti i nodi da vincolare.

Prima di procedere oltre, archivio la versione corrente del modello utilizzando il comando Salva del menu File ed assegnando il nome al progetto.

Input degli Elementi

Dopo aver generato le colonne, attraverso l'impiego del comando Genera elementi-Pilastri, si generano le travi nella direzione X.

Fig. 9 La selezione dei nodi per generare le travi in direzione X.

Si continua l'input delle aste del portale senza chiudere il comando attivo ma andando a modificare nel suo tool la direzione di generazione corrente in direzione Y ed impostando come tipo di sezione la n. 2 così da distinguere il profilo usato come trave longitudinale da quello usato come traverso di irrigidimento.

Fig. 10 Completamento del sistema di aste (longitudinali e trasversali) nel traverso del portale.

In questo modello la distinzione tra trave longitudinale e trave trasversale viene fatta comunque anche se si usa effettivamente lo stesso profilo metallico per le due tipologie di membrature. La distinzione, infatti, sarà utile in fase di verifica delle aste per poter assegnare criteri di verifica distinti alle diverse aste presenti nel modello. In generale, l'introduzione in un modello delle diverse tipologie di sezione non è strettamente legata al tipo di profilo metallico bensì al ruolo che ha l'asta e al tipo di verifiche da prevedere per essa.

Per completare il modello si inseriscono i traversi tra le colonne (sezione pilastro di tipo 2) con il comando Genera elementi-Pilastri.

Fig. 11 Modello dove mancano solo le diagonali di controvento.

Si passa, quindi, alla definizione delle diagonali di controvento verticale tra le colonne attraverso la definizione di Bielle con sezione tipo 1 con il comando Genera elementi-Bielle.

Con lo stesso comando si definiscono le bielle (sezione di tipo 2) per il controvento nel piano del traverso del portale.

Fig. 12 Modello completo di tutte le sue aste.

Input delle Sezioni

Per definire le caratteristiche dimensionali delle sezioni si utilizza il dialogo relativo al comando Input sezioni del menu Sezioni. Nel nostro esempio si dovranno definire la seguenti sezioni metalliche:

Tutte le sezioni indicate sono disponibili nel profilatario metallico.

Fig. 13 Definizione delle tipologie di sezione.

In questo esempio si considera di impiegare lo stesso materiale (materiale tipo 1) per tutti gli elementi da definire in input. In un momento successivo si andrà a caratterizzare anche il tipo di materiale.

Il controllo, sia del corretto inserimento dei dati relativi alle varie sezioni che dell'orientamento nello spazio degli elementi del modello, può essere realizzato rapidamente utilizzando il comando Grafica sezioni-Solide del menu Sezioni.

Fig. 14 Visualizzazione 3D del modello.

Per modificare l'orientamento nello spazio della sezione di un'asta si impiega il comando Ruota sezioni del menu Elementi.

Per definire le caratteristiche elastiche dei materiali usati nelle varie membrature si attiva il comando Input materiali del menu Sezioni e si specifica l'input richiesto nel relativo dialogo.

In questo esempio le sezioni delle colonne connesse con i nodi di fondazione devono risultare vincolate a cerniera per cui devo intervenire su quelle estremità ad assegnare un opportuno fixing factor. Impiegando il comando Fixing factors-Asta per Asta del menu Elementi accedo al tool Assegna i Fixing Factors alle Aste dove imposto a zero il fixing factor flessionale sull'estremità i nel piano 1-2 ed 1-3 e lasciando il parametro originale (100%) sull'estremità j.

Fig. 15 Tool Assegna i Fixing Factors alle Aste.

Individuo con quattro rubbers consecutivi le quattro aste a cui assegnare tale caratteristica facendo attenzione a selezionare come primo nodo sempre quello di fondazione in modo che venga considerato il nodo i dell'asta.

Per controllare i fixing factors assegnati si può impiegare il comando Disegna fixing factors del menu Elementi.

Input dei Carichi Applicati

Per assegnare carichi agenti direttamente sugli elementi occorre tenere sempre sotto controllo l'identificatore della condizione di carico corrente. I carichi definiti direttamente sui nodi o gli elementi, infatti, si considerano applicati sempre nella condizione di carico corrente.

La lista delle condizioni di carico previste in questo esempio è riportata di seguito:

• condizione 1: pesi propri delle mebrature;
• condizione 2: carichi permenenti;
• condizione 3: carichi accidentali Q1;
• condizione 4: carichi accidentali Q2;

Il carico peso proprio viene definito con il comando Genera globali-Peso Proprio del menu Carichi Elementi. È importante avere a video l'intero modello quando si va ad impiegare questo comando in modo da applicare il carico a tutte le aste.

Fig. 16 Applicazione del peso proprio.

Nella condizione di carico 2 applico i carichi permanenti localizzati in specifiche posizioni. Tali carichi sono modellati in questo esempio come azioni nodali Pz aventi modulo pari a 500 daN verso il basso posti simmetricamente sul portale.

Si sceglie il comando Grafica carichi nodali nel menu Carichi Nodi e nel tool Generarazione Carichi Nodali Concentrati si specifica la componente Pz del carico. Si passa, quindi, alla definizione di un rubber per individuare i nodi da caricare.

Fig. 17 Applicazione dei carichi in condizione 2.

Si rende corrente la condizione 3 per applicare il carico accidentale Q1. Tali carichi sono modellati in questo esempio come azioni nodali Pz aventi modulo pari a 1000 daN verso il basso posti simmetricamente sul portale.

La definzione di questo carico impiega lo stesso procedimento visto per il carico precedente (permanenti).

Fig. 18 Applicazione dei carichi in condizione 3.

Si rende corrente la condizione 4 per applicare il carico accidentale Q2. Tali carichi sono modellati in questo esempio come azioni nodali Pz aventi modulo pari a 800 daN verso il basso.

La definzione di questo carico impiega lo stesso procedimento visto per il carico precedente.

Fig. 19 Applicazione dei carichi in condizione 4.

Definizione del Calcolo

La definizione del calcolo solitamente costituisce l'ultimo passo da eseguire prima di archiviare il modello definitivamente e procedere al calcolo della distribuzione delle azioni interne nella struttura.

Si prevede di eseguire un'analisi dinamica della struttura senza l'ipotesi di solai infinitamente rigidi (analisi dinamica senza condensazione degli spostamenti) soggetta al sisma nelle quattro direzioni di ingresso (0, 90,180, 270).

Si attiva il comando Definizione calcolo del menu Calcolo per definire, nella pagina iniziale, il tipo di analisi (Statica + Dinamica Modale senza condensazione di piano), il metodo di calcolo agli Stati Limite con la norma di riferimento, ed il nome da attribuire alle condizioni di carico (Pp, Perm, Q1, Q2).

Fig. 20 Definizione del calcolo (pagina iniziale).

Nelle pagine successive del dialogo si definiscono i parametri per l'analisi dinamica come, ad esempio, le direzioni di ingresso del sisma, la massa inerziale, lo spettro di risposta associato al sito di costruzione, la qualità di terreno sottostante il sito, la Classe d'Uso della costruzione, ecc.

Nelle pagine finali si definiscono le combinazioni di carico da impiegare per i diversi stati limite previsti (SLU, SLV, SLE, SLD, ecc.). Per maggiori approfondimenti consultare la guida del comando Definizione calcolo.

Una volta completata questa fase si passa a controllare che non vi siano duplicazioni di nodi o elementi utilizzando il comando Controllo dati del menu Calcolo.

Il modello a questo punto è completo e lo si archivia prima di avviare il modulo CodeCal per il calcolo.