Introduzione
Le simulazioni del carico del vento sono fondamentali per il processo di analisi strutturale e progettazione di edifici, torri e un'ampia gamma di strutture di ingegneria civile. Queste simulazioni permettono agli ingegneri di valutare come il vento interagisce con diversi tipi di strutture e di valutare con maggiore precisione le sollecitazioni strutturali risultanti. L'integrazione di strumenti computazionali avanzati, come software di galleria del vento numerica come RWIND e piattaforme di analisi agli elementi finiti come RFEM, ha notevolmente migliorato l'affidabilità e la profondità delle valutazioni correlate al vento.
Una limitazione comune sia nei test in galleria del vento sperimentale che in molte simulazioni CFD è che tipicamente riportano solo distribuzioni di pressione superficiale, non le reazioni sui supporti risultanti. Tuttavia, le forze di supporto e i momenti a livello di fondazione sono cruciali per progettare strutture stabili e sicure. Questo articolo affronta questo divario mostrando come i risultati di pressione da RWIND possano essere importati in RFEM per calcolare accurate reazioni sui supporti.
Attraverso questo flusso di lavoro, gli ingegneri possono simulare modelli realistici di flusso del vento, effetti di turbolenza e distribuzioni di pressione sulla superficie di una struttura, anche per configurazioni irregolari o non standard, e derivare infine le forze e i momenti trasferiti alla fondazione o al sistema di ancoraggio.
Importanza delle Forze di Supporto
Le forze di supporto (o reazioni sui supporti) rappresentano le forze interne e i momenti che una struttura trasmette ai suoi supporti a causa dei carichi applicati. Nell'ingegneria del vento, queste reazioni sono particolarmente importanti per:
- Progettare fondazioni (ad esempio, basamenti, pali, bulloni di ancoraggio)
- Valutare il sollevamento e il ribaltamento
- Valutare le forze di scorrimento laterale
- Verificare l'equilibrio della struttura globale
Le forze di supporto indotte dal vento possono differire significativamente da altri carichi statici a causa della loro natura dinamica, direzionalità e variabilità con l'altezza.
Flusso di Lavoro in RFEM e RWIND
Per ottenere accurate forze di supporto in RFEM sotto il carico del vento, un tipico flusso di lavoro include:
Passo 1: Modellazione Strutturale in RFEM
- Definire geometria, materiali e sezioni trasversali
- Assegnare condizioni al contorno (supporti, cerniere, vincoli)
Passo 2: Simulazione del Carico del Vento in RWIND
- Esportare il modello RFEM in RWIND
- Definire direzioni del vento, profili di velocità, modelli di turbolenza
- Eseguire una simulazione CFD per calcolare le distribuzioni di pressione superficiale
Passo 3: Importazione dei Carichi del Vento in RFEM
- Importare la pressione del vento CFD come carichi superficiali
- Applicarli automaticamente alla struttura come carichi nodali o elementari
Passo 4: Analisi Statica in RFEM
- Eseguire combinazioni di carico includendo le azioni del vento
- Analizzare forze interne, deformazioni e reazioni sui supporti
Tipi di Forze di Supporto
In RFEM, le seguenti reazioni sono tipicamente ottenute:
- Forze orizzontali (Fx, Fy): Pressione laterale del vento (Disponibile in RWIND e RFEM - Immagini 1 e 2)
- Forze verticali (Fz): Sollevamento o pressione verso il basso (Disponibile in RWIND e RFEM - Immagini 1 e 2)
- Momenti (Mx, My, Mz): Effetti torsionali o di ribaltamento (Disponibile in RFEM - Immagine 2)
Gli ingegneri possono esaminare queste reazioni per punto di supporto o globalmente per ciascun caso di carico e combinazione. Esse sono anche input cruciali per la verifica geotecnica.
Considerazioni Pratiche
- Direzione del Vento: Direzioni del vento variabili possono portare a diversi modelli di reazione, quindi le simulazioni dovrebbero coprire tutti gli angoli rilevanti (ad esempio, 0°, 45°, 90°, ecc.).
- Risoluzione della Mesh in RWIND: Una mesh superficiale fine garantisce una distribuzione accurata della pressione, influenzando direttamente le forze di supporto.
- Combinazioni di Carico: I carichi del vento devono essere correttamente combinati con carichi permanenti, accidentali e altri carichi dinamici in base ai codici applicabili (ad esempio, Eurocodice, ASCE 7).
- Effetti Non Lineari: Per strutture flessibili, gli effetti di secondo ordine e l'amplificazione dinamica possono influenzare le reazioni sui supporti.
Conclusione
L'analisi delle forze di supporto è una parte fondamentale della progettazione del carico del vento in RFEM. Combinando le precise capacità di simulazione del vento di RWIND con il potente motore di analisi strutturale di RFEM, gli ingegneri possono garantire che le loro strutture siano sicure, economiche e conformi agli standard di progettazione moderni. L'estrazione e l'interpretazione corretta di queste forze di supporto sono fondamentali per ottenere risultati affidabili e risultati ingegneristici di successo.
