Gestione delle singolarità nella determinazione dei carichi in RF-PUNCH Pro

Articolo tecnico

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In RF-PUNCH Pro, è possibile eseguire il progetto di taglio a punzonamento sugli angoli delle pareti e sulle estremità delle pareti. La base per la progettazione è il carico di punzonatura, che viene determinato automaticamente dalle forze interne di RFEM nella superficie connessa. Poiché le forze interne della superficie dal calcolo RFEM possono essere soggette all'influenza delle posizioni di singolarità, ciò può anche avere un'influenza negativa sul carico di punzonatura determinato nell'angolo o nell'estremità della parete. Questo articolo descrive le possibili opzioni di ottimizzazione che è possibile utilizzare per ridurre al minimo questa influenza sfavorevole.

Determinazione del carico di perforazione sugli angoli delle pareti e sulle estremità delle pareti

Contrariamente alle colonne singole (o ai supporti nodali), il carico di perforazione per le estremità delle pareti e gli angoli delle pareti non può essere derivato direttamente dalla forza assiale della colonna (o forza di supporto). In RF-PUNCH Pro, la forza di taglio vmax, b viene analizzata nella piastra collegata e il carico di perforazione viene determinato dalla forza di taglio nel perimetro critico.

Questo articolo tecnico ha già trattato questo argomento e ha descritto le opzioni disponibili nella finestra "1.5 Punzonatura dei nodi" e la procedura generale per determinare il carico.

Forze interne di superficie in RFEM

Fondamentalmente, si dovrebbe notare prima che il carico di punzonatura VEd non è determinato da una forza di supporto di un supporto di linea o da una forza normale o di membrana di una parete, ma le forze di taglio sono valutate nella piastra analizzata per la punzonatura.

Figura 01 - Distribuzione della forza interna principale v_max, b nella soletta

Per questo, viene utilizzata la forza interna principale vmax, b di RFEM, che è disponibile nei risultati dei casi di carico, nelle combinazioni di carico o nelle combinazioni di risultati. Come definire vmax, b è descritto nella [1] Sezione 8.16. Pertanto, i seguenti risultati:

${\mathrm v}_{\max,\mathrm b}\;=\;\sqrt{\mathrm v_{\mathrm x}^2\;+\;\mathrm v_{\mathrm y}^2}$

In alternativa, questo capitolo è disponibile nel Manuale online di RFEM 5 .

Influenza delle singolarità

Se c'è una posizione di singolarità o un valore di picco nella distribuzione della forza di taglio in un punto di punzonatura da verificare, ciò ha anche un'influenza sul carico di punzonatura determinato VEd nel perimetro critico.

Nell'esempio seguente, verrà analizzata la punzonatura in una lastra del pavimento ad un'estremità della parete. RF-PUNCH Pro utilizza la forza interna principale vmax, b nella soletta. Vedere la Figura 02 di seguito.

Figura 02 - Distribuzione delle forze di taglio sulle estremità delle pareti del solaio

Il problema qui è che la mesh FE è stata generata in modo troppo grossolano e il perimetro critico attraversa i valori di picco della forza di taglio vmax, b .

Figura 03 - Distribuzione della forza di taglio nel perimetro critico con dimensioni della maglia FE inadeguate

Il modulo rileva la mesh FE insufficiente e visualizza il corrispondente avviso n. 56

Figura 04 - Finestra 2.1 in RF-PUNCH Pro con il messaggio n. 56

Un perfezionamento della mesh FE opzionale affina la mesh troppo grossolana nell'area del punto di punzonatura, risultando nel messaggio No. 56 Tuttavia, il perfezionamento della mesh FE può portare ad un aumento del valore di picco della forza di taglio nel perimetro critico in modo che anche il valore determinato del carico di punzonatura VEd sia influenzato negativamente e quindi aumentato.

Se il valore di picco della forza di taglio nel perimetro critico è influenzato negativamente dall'applicazione di un perfezionamento della mesh FE, è spesso consigliabile controllare il modello inserito per quanto riguarda la modellazione. In [2] , sono discusse varie "fonti di errore", che influenzano significativamente la distribuzione delle forze interne nella superficie e quindi il carico di punzonatura VEd determinato in RF-PUNCH Pro.

Ottimizzazione del modello per quanto riguarda la geometria

In questo esempio, la distribuzione delle forze di taglio nella soletta e infine nel perimetro critico può essere raggiunta da una rappresentazione "più realistica" della soletta. Il primo modello di progetto imposta le linee di delimitazione della soletta del pavimento negli assi del sistema delle pareti rialzate. Il secondo progetto non imposta il bordo della soletta del pavimento sugli assi del sistema delle pareti, ma lo visualizza in base al bordo "reale" della soletta del pavimento. In questo modo, è possibile influenzare in modo significativo la distribuzione delle forze di taglio nel perimetro critico.

La Figura 05 sotto mostra chiaramente il confronto tra i due progetti citati.

Figura 05 - Confronto della forza di taglio nel perimetro critico a seconda della modellazione

Rispetto alla prima opzione, questo ha anche il vantaggio che la distanza più realistica rispetto al bordo esterno della soletta viene rilevata automaticamente in RF-PUNCH Pro e quindi la lunghezza del perimetro critico viene applicata in modo più favorevole.

Ottimizzazione del modello per quanto riguarda il supporto

Un'altra opzione per influenzare favorevolmente la distribuzione delle forze di taglio nella soletta considerata è la considerazione differenziata della fondazione elastica superficiale applicata.

In RFEM, una molla costante viene solitamente applicata come fondazione elastica sull'intera lastra del pavimento. Oltre alla molla costante, RFEM offre altre opzioni per rappresentare la fondazione superficiale in modo più favorevole.

Una possibilità è, ad esempio, l'applicazione di molle a spigolo o angolari, che possono influenzare favorevolmente la distribuzione delle forze di taglio nella soletta. Questo argomento è trattato in questo articolo tecnico che spiega il background teorico sull'analisi della reazione di sottofondo (modificata).

Il grafico seguente mostra il confronto delle forze di taglio nel perimetro senza (nella figura sopra) e con (nella figura sotto) le molle dei bordi applicate sul modello con il bordo esteso.

Figura 06 - Confronto senza (bordo superiore) e con le molle del bordo (inferiore) sul solaio

Come opzione per il modello con molle a balestra, è possibile utilizzare il modulo aggiuntivo RF-SOILIN per ottenere un approccio più realistico della fondazione superficiale, che può anche avere un effetto positivo sulla distribuzione delle forze di taglio nel perimetro critico.

Impostazioni in RF-PUNCH Pro

Per impostazione predefinita, il carico di punzonatura in RF-PUNCH Pro è determinato sulla "Distribuzione della forza di taglio non levigata lungo il perimetro di controllo". Con le ottimizzazioni precedentemente menzionate, questa opzione dovrebbe essere sempre possibile nella Finestra 1.5 del modulo aggiuntivo. Tuttavia, se un valore di picco della forza di taglio nel perimetro critico è ancora determinato nonostante le citate ottimizzazioni, è disponibile anche l'opzione "Distribuzione della forza di taglio levigata lungo il perimetro di controllo".

Figura 07 - Finestra 1.5 in RF-PUNCH Pro con impostazioni per la determinazione del carico di perforazione

Quando si applica la forza di taglio media nel perimetro critico, è anche necessario considerare l'influenza del fattore di aumento del carico β, che può essere determinato, ad esempio, mediante il modello di settore. Un altro articolo tecnico discute questo argomento.

Conclusione

Si dovrebbe sempre verificare la dimensione del carico di punzonatura ad azione in caso di grandi rapporti di progetto per la progettazione di punzonatura alle estremità delle pareti o agli angoli delle pareti.

In questo contesto, è sempre necessario prestare attenzione alla distribuzione delle forze di taglio nel perimetro critico e verificare se regolazioni o ottimizzazioni sul modello possano comportare una distribuzione più favorevole della forza di taglio vmax, b nella soletta .

Tuttavia, le ottimizzazioni menzionate per quanto riguarda la modellazione e il supporto non possono rappresentare un'istruzione generalmente valida, ma devono sempre essere valutate individualmente a seconda della situazione e implementate in un modo modificato che è adattato al rispettivo modello.

Parole chiave

Punzonamento Taglio-punzonamento Carico da punzonamento Carichi Singolarità Regione media Elementi finiti Modello settoriale Fattore di aumento del carico

Riferimento

[1]   Manuale RFEM. Bologna: Dlubal Software, dicembre 2013.
[2]   Barth, C., & Rustler, W. (2013). Finite Elemente in der Baustatik-Praxis (2nd ed.). Berlin: Beuth.

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