CSP00229[GEN-Tutorial]Elementi Comprenssion e Tension Only

PREMESSA Per tension e compression only si intendono elementi reagenti solo a trazione o compressione   all’interno di   un’analisi  statica. Questi elementi sono legati a concetti non lineari perciò non possono funzionare nel contesto di   un’analisi dinamica modale. Nell’help in linea del sw alla voce: Star Startt => Inf Informa ormati tion on => Anal Analys ysis is Guid Guide e

È poss possib ibililee trov trovar aree nel nel dett dettag aglilio o quan quando do ques questi ti eleme element ntii poss posson ono o esse essere re utilizzati nelle varie tipologie di analisi. Mentre Mentre istruzioni istruzioni sulla loro formulazione: formulazione: Start => Model odel => Ele Elements ents => Creat reate e Elem Elemen ents ts

Il campo di utilizzo di questi elementi è vasto, nel seguente tutorial verranno trattati 2 esempi pratici che possono capitare   nell’ingegneria  civile di tutti i giorni:

EDIF EDIFIC ICIO IO IN ACCIA CCIAIO IO CON CON CONT CONTRO ROVE VENT NTII RE REA AGENT GENTII SOL SOLO A TRAZ TRAZIO IONE NE

(contesto sismico) sismico) : elementi truss tension only

EDIFICIO

SU

SUOLO

ELASTICO

COMPRESSIONE  (fenomeno

compression only

TIPO

WINKLER

REAGENTE

SOLO

A

della parzializzazione della platea) : letto di molle

LIBRERIA ELEMENTI TENSION ONLY IN MIDAS Gen/Civil 

Elementi a 2 nodi: Biella reagente solo a trazione con possibilità di impostare valori limite a traz e comp

Hook : biella reagente a trazione con margine definito da utente

Cable : cavo dotato di eventuale pretensione o lunghezza indeformata a riposo

LIBRERIA ELEMENTI COMPRESSION ONLY IN MIDAS Gen/Civil 

Elementi a 2 nodi: Biella reagente solo a compressione con  possibilità di impostare valori limite a traz e comp

Gap : biella reagente a compressione solo dopo un margine definito da utente

Molle non lineari Reagente solo a compressione

Reagente solo a trazione

Legge costitutiva

ESEMPIO 1: EDIFICIO IN ACCIAIO CON CONTROVENTI REAGENTI SOLO A TRAZIONE

Controventi IPE 220 orientati solo in direzione Y

Punto 1-A Edificio in campo elastico Prima di introdurre fenomeni non lineari è necessario impostare un modello in maniera tradizionale inserendo tutto il procedimento che si fa in fase elastica lineare.

Analisi modale

Carichi statici verticali Azione statica del vento Azione sismica spettrale

Nel modello sono attualmente presenti una serie di carichi tra cui il vento statico ed   un’analisi   sismica modale con spettro di risposta. Non sono attualmente presenti elementi o caratteristiche non lineari.

Combinazioni di carico

statica vento

sismica

Consideriamo come oggetto di studio la combinazione: sLCB5 per il vento sLCB12 per il sisma

sLCB5 per il vento, risultati relativi solo alle bielle di controvento Valori positivi => componente a trazione Valori negativi => componente a compressione Gli elementi attualmente reagiscono a compressione

sLCB12 per il sisma, risultati relativi solo alle bielle di controvento Valori positivi => componente a trazione Valori negativi => componente a compressione Lo scopo ora è di fare in modo che gli elementi reagenti a compressione vengano automaticamente eliminati dal sw. Con un sistema iterativo il solutore elimina gli elementi che reagiscono a compressione, togliendoli dalla matrice di rigidezza e volta in volta ricalcolandola fino a trovare il sistema equilibrato sotto il caso di carico considerato. => Redistribuzione degli sforzi => Calcolo corretto degli sforzi sulle aste

Punto 1-B Conversione dei truss in truss tension only 1)

Selezionare gli elementi truss

2)

Aprire il comando : Model => Elemets => Change Elements Parameters

Gli elementi lineari truss vengono così trasformati in elementi non lineari non reagenti a compressione

Non valendo la regola di sovrapposizione degli effetti, in questo tipo di analisi vengono ignorate le combinazioni viste prima. Bisogna creare quindi dei casi di carico completi delle componenti verticali ed orizzontali moltiplicati o scalato degli opportuni fattori di sicurezza. =>Trasformare le combinazioni in ‘Casi di carico’

Procedura: Si aggiungono 2 casi di carico (load Case)

Il primo caso di carico sarà dedicato alla combinazione sLCB5 (vista prima), il secondo caso di carico sarà dedicato alla combinazione sLCB12 (vista prima)

Compaiono nel work tree 2 nuovi casi di carico momentaneamente vuoti, procedo ora nell’inserire   la combinazione desiderata nel caso di carico opportuno, tramite il comando: Load => Create load case Using Load Combination

Combinazione Caso di carico

NB: Questo comando permette di trasformare direttamente le ‘combinazioni’ in ‘casi’ di carico.

I casi di carico comprendono ora tutte le componenti PP, permanente, vento, provenienti dalla combinazione desiderata NB1 : i valori sono direttamente moltiplicati/scalati dei fattori correttivi provenienti dalla combinazione NB2 : nel caso del vento statico   l’operazione  descritta è completa. Nel caso sismico proveniente da una Response Spectrum il comando ha tramutato solo le componenti verticali ignorando quelle orizzontali, come si può notare dai simboli non ci sono forze orizzontali. Per ottenere anche le componenti provenienti dalla RS bisogna aggiungere un passaggio.

Aggiungere la componente spettrale Results => Nodal Results of RS

1 Si decide il caso sismico

2

3

Se non si spunta nessun modo la componente RS è in combinazione CQC

2

3

Se viene spuntato modo la componente RS è dedicata al modo

Si ottiene una tabella di valori, ogni nodo possiede una forza statica orizzontale proveniente dalla trasformazione della RS

Tasto destro sopra la tabella Convert to Nodal Load 

Caso di carico creato prima Si aggiunge in pratica la componente spettrale al caso di carico statico definito precedentemente

Aggiunta della componente sismica orizzontale proveniente da una RS

Le operazioni viste in precedenza sono state fatte per due situazioni : sismica e vento entrambe in direzione Y, ma   l’utente  può ripetere le operazioni e aggiungere casi di carico per tutte le combinazioni che a sua discrezione devono essere oggetto di studio.

A questo punto lanciando   l’analisi  : Tasto Run, il sw sente la presenza di elementi tension Only tramutando   l’analisi   statica lineare in statica non lineare per tutti i casi di carico presenti nel work Tree.   Nell’esempio ci concentreremo ad esaminare i risultati solo per il caso di carico 6 e 7.

Caso di carico trattato

Iterazioni x caso di carico necessarie alla convergenza

Consultando i valori di N delle bielle per il caso di carico Vento Y è possibile notare valori solo positivi a trazione, gli elementi a compressione sono assenti a parte di valori residui (-0.75) causa tolleranza.

Consultando i valori di N delle bielle per il caso di carico Sismico Y è possibile notare valori solo positivi a trazione, gli elementi a compressione sono assenti a parte di valori residui (-0.58) causa tolleranza.

E’  possibile utilizzare anche il post processor per verificare questo caso di

carico non lineare. Siccome le verifiche vengono eseguite dal sw solo se sono presenti combinazioni, ne viene creata una fittizzia come segue:

Valori unitari Design => steel code check 

ESEMPIO 2:

EDIFICIO IN ACCIAIO CON PLATEA DI FONDAZIONE APPOGGIATA SU MOLLE REAGENTI SOLO A COMPRESSIONE La componente orizzontale sismica da origine ad un momento ribaltante alla base del fabbricato, se M/N è alto le reazioni di contatto sulla platea si parzializzano. Utilizzando un letto di molle di tipo compression only si vuole ottenere il fenomeno.

Viene aggiunta   all’edificio   di prima una platea di spessore 50 cm rappresentata da elementi plate a 4 nodi (creazione manuale, o automeshatore)

Inserimento molle : Model => Boundaries => Surface Spring Supports

Applicazione di molle di superficie di tipo compression only Si usa una rigidezza del terreno di tipo dinamico per esempio pari a 5 Kg/cm3

carico Sismico Y Parzializzazione delle reazioni vincolari nella platea

Tabella delle pressioni 1

3

2 Per ottenere questa tabella, se il modello è complesso, è necessario aspettare qualche minuto per la generazione.