Singolarità nella progettazione di superfici in calcestruzzo armato

Articolo tecnico

Le singolarità si verificano in un'area limitata a causa della concentrazione dei valori dei risultati dipendenti dallo stress. Sono condizionati dalla metodologia FEA. In teoria, la rigidità e / o lo stress in una dimensione infinita si concentrano su una piccola area infinitesimale.

In realtà, le singolarità o le concentrazioni di stress risultanti non si verificano nella misura in cui appaiono nel modello. Fondamentalmente, una valutazione dei risultati in posizioni di singolarità non è ragionevole. Tuttavia, esaminare e mettere in discussione la singolarità è molto ragionevole in quanto le posizioni di singolarità possono indicare problemi nel modello reale. Un esempio pratico di progettazione concreta sarebbe l'analisi di un rischio di punzonatura nell'area delle posizioni di singolarità.

Nel caso del design concreto in RFEM e RF-CONCRETE, le singolarità spesso causano un design fallito.

Dove possono verificarsi le singolarità?

  • Supporti puntuali o introduzione del carico
  • Angoli rientranti o angoli di aperture
  • Salti di rigidezza (ad esempio, salto nello spessore della piastra)
  • Inizio e fine delle costole
  • Supporti o pareti di inizio e fine linea

Rilevare singolarità

Le posizioni di singolarità possono essere identificate nella FEA rifinendo la mesh nella posizione corrispondente nel modello usando la rifinitura della mesh FE. Se il valore del risultato dipendente dallo stress nell'area in esame aumenta, ma la rispettiva area diminuisce, è molto probabile che si tratti di una posizione di singolarità.

Prevenire le singolarità

In RFEM e nella progettazione in cemento armato con RF-CONCRETE, le singolarità e il conseguente guasto del design possono essere prevenuti in vari modi.

Regione media
In RFEM sono disponibili regioni medie che possono essere utilizzate per uniformare i valori dei risultati massimi o impostarli su zero. È possibile creare una regione media facendo clic sull'opzione corrispondente sotto "Risultati" nella barra dei menu. Durante la media, deve essere determinata la regione base. Ad esempio, utilizzando l'opzione "Imposta forze interne su zero", la sezione trasversale di una colonna collegata può essere utilizzata come intervallo (vedere la Figura 01).

Superficie integrata
In alternativa alla regione media con le dimensioni della sezione trasversale della colonna, è possibile modellare le superfici e integrarle con le superfici esistenti. Queste superfici sono quindi escluse dal progetto in RF-CONCRETE Surfaces (vedi Figura 01).

Figura 01 - Visualizzazione esemplificativa di singolarità e contromisura

L'opzione di utilizzare le forze interne medie o le forze interne impostate su zero deve essere attivata in Dettagli di superfici RF-CONCRETE (vedere la Figura 02).

Figura 02 - Attivazione delle forze interne medie nelle superfici RF-CONCRETE

Entrambi i metodi (regione media e superficie integrata) possono essere utilizzati sia per le colonne che per gli angoli rientranti. In generale, le regioni medie sono sufficienti. Tuttavia, le regioni medie non hanno l'effetto desiderato per un calcolo non lineare poiché le forze interne possono essere riorganizzate durante il calcolo e possono verificarsi nuovi effetti di singolarità.

Metodo di progettazione per pareti
Quando si progettano pareti, si possono verificare singolarità a causa delle elevate forze assiali, ad esempio a causa di supporti singolari. Inoltre, il metodo di progettazione può avere un impatto significativo sugli effetti di singolarità o sul fallimento del progetto. Pertanto, si raccomanda di disattivare l'ottimizzazione delle forze interne di progetto nelle Superfici RF-CONCRETE nel caso di pareti (vedere Figura 03).

Figura 03 - Metodo di progettazione in superfici RF-CONCRETE

Introduzione del carico distribuito
Per evitare gli effetti di singolarità, carichi concentrati o di linea possono essere convertiti in carichi superficiali. Questa opzione può essere trovata nel menu di scelta rapida, ad esempio (vedi Figura 04).

Figura 04: conversione del carico nodale in carico di superficie

Arrotondamento degli angoli rientranti
Nel caso di angoli e angoli rientranti nelle aperture, è possibile arrotondare l'angolo utilizzando la funzione "Crea angolo tondo o angolato", se necessario. Questa funzione può essere selezionata nella barra dei menu sotto "Strumenti". Tuttavia, molti effetti di singolarità possono essere sufficientemente prevenuti usando regioni medie.

Supporto
La prevenzione delle singolarità sui supporti nodali e di linea è spiegata in questo articolo .

Riferimento

[1] Rombach, G. (2000). Anwendung der Finite-Elemente-Methode im Betonbau . Berlino: Wilhelm Ernst & Sohn.

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