Travature del ponte permanente di servizio, aeroporto di Heathrow, Regno Unito
Il progetto della struttura principale è stato realizzato da Mott MacDonald come originaria società di consulenza. L'appaltatore responsabile della costruzione era DHD Engineering, che ha affidato al nostro cliente, Ellis & Moore Consulting Engineers, la progettazione dei collegamenti.
In questo articolo spiegheremo quali sono le difficoltà di questo particolare progetto di connessione e come sono state risolte con successo con IDEA StatiCa Connection, mentre valuteremo l'uso del metodo delle componenti originali implementato nell'Eurocodice e dimostreremo che la sua applicazione è quasi impossibile in questo caso particolare.
Classificazione dei giunti per la progettazione manuale
In primo luogo, cercheremo di spiegare la procedura da seguire quando una connessione complessa deve essere progettata manualmente. Utilizzeremo come esempio il giunto N mostrato nell'immagine a destra, che è un giunto multiplanare. Per eseguire un calcolo corretto utilizzando il metodo dei componenti, dobbiamo riconoscere la configurazione pertinente nella Figura 7.1 dell'Eurocodice (fare clic sull'immagine sottostante).
Dalla geometria della connessione, possiamo vedere che lungo la direzione longitudinale contrassegnata dal rettangolo azzurro non ci sono problemi. Può essere chiaramente classificato come un giunto N. I problemi iniziano sul piano inclinato! Quindi, alla fine, abbiamo due giunti "N" coesistenti con un giunto "Y".
In questa direzione, il problema può essere facilmente visualizzato utilizzando la schermata di visualizzazione 3D realistica tratta dal modello finale di IDEA StatiCa Connection (vedi sotto). Per questa particolare configurazione, non esiste una guida chiara nel codice e/o i limiti richiesti dai paragrafi pertinenti per le sovrapposizioni, ecc. non sono necessariamente rispettati. In questo caso, per utilizzare il metodo dei componenti è necessaria la consulenza di un esperto e un'adeguata valutazione ingegneristica. Inoltre, poiché le schermate sono tratte dal collegamento finito, si può notare che sono stati utilizzati vari tasselli di rinforzo per rinforzare il collegamento e raggiungere la resistenza richiesta. La sola presenza di questi tasselli rende il collegamento non progettabile con l'applicazione del metodo dei componenti.
Progettazione di successo con il metodo CBFEM
Queste limitazioni del metodo dei componenti non si applicano al CBFEM e a IDEA StatiCa Connection, semplicemente perché il giunto è modellato esattamente come è nella realtà ed è analizzato come un elemento unificante in tutte le direzioni, con elementi finiti. Quindi, dopo che tutte le forze sono state applicate, il modello può essere risolto, tutte le forze interne che interagiscono nel nostro modello sono calcolate, e possiamo immediatamente ottenere una rapida panoramica di tutte le verifiche dell'Eurocodice che mostrano un progetto sicuro.
L'aspetto importante rispetto al metodo dei componenti è che questo flusso di lavoro è comune a tutti i tipi di connessione. Quindi, se ad esempio le sezioni rettangolari per qualche motivo vengono cambiate in sezioni circolari o a I, non è necessario tenere conto di alcuna considerazione speciale. Questo non è il caso del metodo dei componenti, che prevede regole speciali per ogni tipo di sezione trasversale.
Una nota sulla progettazione delle connessioni nel Regno Unito
Possiamo dire con certezza che quando si tratta di progettare connessioni in acciaio, gli ingegneri strutturali seguono una certa procedura che sembra essere una pratica comune nel Regno Unito. Per progettare le connessioni, gli ingegneri responsabili della progettazione di base della struttura forniscono dei markup come quello dell'immagine a destra. Per avere informazioni leggibili, le connessioni vengono raggruppate. Poi, per ogni gruppo, viene creato un inviluppo di forze agenti. Questa procedura fornisce una forza eccessiva alla connessione che porta a un progetto sicuro, ma facilita anche il flusso di informazioni tra le due parti. Il problema di questo approccio è che la sovraresistenza richiesta (almeno in questo caso particolare) è così grande che, senza i tasselli di rinforzo previsti, gli elementi saldati non sarebbero in grado di resistere alle forze previste.
Ciò significa che il progettista di connessioni si trova a volte in un vicolo cieco, perché cambiare le dimensioni dell'elemento non è una pratica accettabile e, se accade, deve essere adeguatamente giustificato. In questo caso particolare, l'utilizzo di IDEA StatiCa Connection era l'unico modo per ottenere il progetto richiesto senza ricorrere a complesse analisi FEM e alle insidie che ne conseguono.
Progettazione più economica con IDEA StatiCa Connection
Questa pratica comune, descritta in precedenza, è stata utilizzata inizialmente anche in questo progetto. Di conseguenza, le forze di progetto dell'inviluppo fornite dagli ingegneri consulenti originali hanno portato a una progettazione molto antieconomica dei giunti primari delle capriate. Come si può vedere nell'immagine sottostante, il progetto preliminare/fattibilità ha prodotto un collegamento molto pesante per un giunto a 8 elementi, che si trova a metà della campata.
Dopo una comunicazione intermedia con i principali ingegneri consulenti, le forze sono state modificate per produrre combinazioni più realistiche e progetti fattibili. Queste forze sono state utilizzate in IDEA StatiCa Connection, ottenendo così un progetto più economico, con un minor impiego di piastre aggiuntive. Il risultato di questo nuovo approccio e della comunicazione tra le due parti è illustrato di seguito:
Anche se si trattava del primo progetto importante che utilizzavamo IDEA StatiCa Connection, la filosofia generale e le pratiche del software ci hanno aiutato a elaborare rapidamente connessioni così complesse, che normalmente avremmo progettato a mano. Con IDEA StatiCa Connection, tutte queste connessioni sono diventate risolvibili e, ancora meglio, non c'è nessuna considerazione speciale da fare. Il flusso di lavoro è comune, indipendentemente dalla geometria.
Un altro aspetto importante è che i dettagli ragionevoli delle connessioni hanno permesso di ridurre i costi di produzione e l'assemblaggio delle capriate è stato relativamente semplice.
Il progetto è stato quindi considerato un successo per tutte le parti... e la fase successiva del lavoro è stata intrapresa dallo stesso team... con sfide simili per i progettisti.
Alessandro Bezas
Eur Ing, BEng Hons / MSc Ingegnere civile
Ingegnere strutturale senior presso Ellis and Moore Consulting Engineer
