CBFEM - come funziona, conformità al codice, validazione e verifica
Il CBFEM è un metodo unico per la progettazione e la verifica a norma di connessioni, membrature e ancoraggi in acciaio. Può essere utilizzato per la maggior parte dei giunti, degli ancoraggi e dei dettagli con varie topologie.
Il metodo agli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) è:
- Abbastanza generale da poter essere utilizzato per la maggior parte dei giunti, delle fondazioni e dei dettagli nella pratica ingegneristica.
- Abbastanza semplice e veloce nella pratica quotidiana da fornire risultati in tempi paragonabili ai metodi e agli strumenti attuali.
- Sufficientemente completo da fornire agli ingegneri strutturali informazioni chiare sul comportamento dei giunti, sulle sollecitazioni, sulle deformazioni, sulle riserve dei singoli componenti e sulla sicurezza e affidabilità complessive.
La verifica di un giunto in un metodo standard basato sui componenti e nel CBFEM utilizzato in IDEA StatiCa Connection si basa sulla verifica di tutte le parti del giunto - le componenti. Le componenti possono essere bulloni, ancoraggi, saldature, piastre e calcestruzzo alla base.
Il CBFEM suddivide l'intero giunto nei componenti separati di cui sopra. Quindi il modello di analisi viene creato automaticamente dal software a partire da ciascun componente.
La verifica stessa consiste in due fasi:
- Calcolo delle forze in ogni componente del giunto
- Ogni componente viene controllato utilizzando le equazioni del codice
Calcolo delle forze
Il CBFEM implementato in IDEA StatiCa Connection semplifica il comportamento di ciascun componente. Come?
Il modello è composto da elementi a cui viene applicato il carico e da operazioni di produzione (compresi gli elementi di irrigidimento), che servono a collegare gli elementi tra loro.
Il modello FEM analizzato viene generato automaticamente. Il progettista non crea il modello FEM, ma crea il giunto utilizzando le operazioni di produzione.
Grazie a ciò, le forze vengono calcolate senza presunzioni semplificative. E vengono calcolati anche gli altri effetti, come l'interazione delle componenti, ecc.
Inoltre, grazie alla considerazione della rigidezza reale delle componenti, i risultati comprendono anche il prying. Non viene trascurato nulla.
Verifica e valutazione dei risultati
L'analisi della resistenza è l'analisi più importante dei giunti. Le verifiche di deformazione delle piastre e le verifiche secondo codice delle componenti sono eseguite mediante analisi elastoplastica.
L'analisi dei giunti è non lineare per il materiale. Gli incrementi di carico vengono applicati gradualmente e lo stato di sollecitazione viene ricercato.
Verifica delle piastre
Le piastre sono modellate con materiale elastico-plastico con una pendenza nominale del plateau di snervamento secondo la norma EN 1993-1-5, Par. C.6, (2), tan-1(E/1000).
Il comportamento del materiale si basa sul criterio di snervamento di von Mises. Si presume che sia elastico prima di raggiungere il carico di snervamento di progetto fyd.
Il criterio di stato limite ultimo per le regioni non suscettibili a buckling è il raggiungimento del valore limite della deformazione principale della membrana. Si raccomanda un valore del 5% (ad es. EN 1993-1-5, App. C, Par. C.8, Nota 1).
Parti specifiche del Background teorico per ciascuna delle norme nazionali supportate:
- Verifica delle piastre secondo codice EN (Eurocodice)
- Verifica delle piastre secondo codice AISC (standard americano)
- Verifica delle piastre secondo codice CISC (standard canadese)
- Verifica delle piastre secondo codice AS (standard australiano)
- Verifica delle piastre secondo codice IS (standard indiano)
- Verifica delle piastre secondo codice GB (standard cinese)
- Verifica delle piastre secondo codice HKG (Hong Kong Code of Practice)
- Verifica delle piastre secondo codice SP (standard russo)
Verifica di altre componenti
Le verifiche vengono eseguite per le forze calcolate con le stesse equazioni previste dal codice in tutti i metodi. Le equazioni utilizzate per i bulloni, gli ancoraggi, le saldature e i blocchi di calcestruzzo sono presentate nell'applicazione e possono essere esaminate in dettaglio.
Verifica dei bulloni
I bulloni in IDEA StatiCa Connection sono verificati secondo le norme corrispondenti. Per ulteriori informazioni, leggere l'articolo Bulloni e connessioni bullonate.
Verifica delle saldature
Anche nel caso delle saldature, la verifica viene effettuata secondo i codici corrispondenti.
Informazioni dettagliate sulla verifica delle saldature nell'applicazione Connection sono disponibili nell'articolo Saldature/Saldature in IDEA StatiCa.
Verifica dei blocchi di calcestruzzo
I principi di calcolo del blocco di calcestruzzo sono spiegati nell'articolo Modello strutturale di un blocco di calcestruzzo.
Parti specifiche del Background teorico per ciascuno degli standard nazionali supportati:
- Verifica di un blocco in calcestruzzo secondo codice EN (Eurocodice)
- Verifica di un blocco di calcestruzzo secondo codice AISC (standard americano)
- Verifica di un blocco di calcestruzzo secondo codice CISC (standard canadese)
- Verifica di un blocco in calcestruzzo secondo codice AS (standard australiano)
- Verificdi un blocco in calcestruzzo secondo codice IS (standard indiano)
- Verifica di un blocco di calcestruzzo secondo codice GB (standard cinese)
- Verifica di un blocco in calcestruzzo secondo codice HKG (Hong Kong Code of Practice)
- Verifica di un blocco di calcestruzzo secondo codice SP (standard russo)
Caratteristiche principali dell'analisi CBFEM
Hai mai sentito gli acronimi MNA o GMNA implementati nel software, ma non siete sicuri del loro significato? Le proprietà dell'analisi, la non linearità del materiale o la geometria. Che cosa viene raccomandato ed eseguito da CBFEM?
Guardate il seguente video e imparate a conoscere gli approcci.
Convalida e verifica
Originariamente, due team universitari avevano dedicato oltre tre anni alla verifica e alla validazione del metodo CBFEM.
Nel corso del tempo, sono stati condotti numerosi nuovi studi di verifica in collaborazione con università di tutto il mondo (Stati Uniti, Paesi Bassi, Germania, Svizzera, Sud America e altri).
Cosa significano esattamente validazione e verifica? Il processo di validazione e verifica conferma che i risultati del software sono corretti.
La verifica è un confronto con un metodo analitico, spesso incorporato nelle norme edilizie (ad esempio AISC, EN, ecc.).
I metodi analitici nei codici sono appesantiti da semplificazioni e i risultati tra il codice e il CBFEM per connessioni complicate possono variare, soprattutto ai limiti dell'intervallo di validità. In questo caso, il confronto tra il CBFEM e un modello avanzato convalidato da esperimenti dimostra che il CBFEM è sicuro anche se le resistenze sono superiori a quelle determinate dal codice.
La validazione è un confronto tra un modello numerico e un esperimento.
Il modello numerico è spesso molto avanzato e include non linearità materiali e geometriche. La geometria e le proprietà dei materiali sono le stesse di quelle misurate nell'esperimento. Quando i risultati - tipicamente le curve carico-spostamento e sforzo-deformazione - del modello numerico si avvicinano a quelli dell'esperimento, il modello numerico viene convalidato. Le proprietà dei materiali del modello numerico vengono quindi modificate in base ai valori nominali, le imperfezioni vengono aumentate in base alle tolleranze di fabbricazione e possono essere eseguiti diversi studi di sensibilità modificando i parametri, ad esempio lo spessore delle piastre e la resistenza allo snervamento del materiale.
Infine, i risultati del modello numerico vengono confrontati con quelli del CBFEM. Non è necessario che i risultati coincidano perfettamente, ma devono essere sicuri e le differenze devono rientrare in un intervallo accettabile.
I più importanti esempi di verifica e validazione sono stati pubblicati nel libro "Component-based finite element design of steel connections".
Nel nostro Support center sono disponibili numerosi studi di verifica e confronti con prove di laboratorio. Trovali utilizzando il link sottostante.