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Categorie:   Calcolo strutturale

IperSpace++

Calcolo Strutturale agli Elementi Finiti

PRESENTAZIONE TECNICA


IperSpace - Calcolo Strutturale agli Elementi Finiti

IperSpace - Calcolo Strutturale agli Elementi Finiti


  • Elementi strutturali (pilastri, travi, travi di fondazione, platee, muri di taglio) dalla definizione geometrica alle tavole di carpenteria.
  • Operatività in campo lineare con analisi statica o dinamica su ogni tipo di struttura.
  • Possibilità di applicare un numero illimitato di carichi di ogni genere e tipo.
  • Gestione di stampa tramite database relazionale esportabile in qualsiasi formato.
  • Un ambiente integrato a 32 BIT studiato per Windows™
  • Un prodotto integrato utilizzabile all'interno di Autocad Converte i file DXF di strutture spaziali o piane comunque complesse Architettura aperta: un ambiente programmabile per sviluppare applicazioni personalizzate (OLE automation)

CAMPI DI IMPIEGO

Il programma è adeguato alle Norme Tecniche di cui ai D.M. 09/01/96, 16/01/96 e alla circolare del Ministero LL PP del 10/04/97

CARATTERISTICHE E PRESTAZIONI

Modellatore Grafico Strutturale 3D

La geometria della struttura può essere definita partendo dall'inserimento dei nodi (fili fissi degli elementi) e, successivamente, inserendo fra essi i vari elementi strutturali oppure generando la struttura in modo del tutto automatico. Sia per i nodi che per gli elementi, il programma fornisce comandi che permettono di modificare, cancellare, duplicare quanto fatto per via automatica rendendo estremamente rapido l'input di geometrie comunque complesse. Gli elementi finiti sono posizionabili nello spazio in modo del tutto arbitrario, potendo coesistere elementi lastre-piastre con elementi aste, queste ultime comunque traslate rispetto alla congiungente i nodi, rendendo possibile qualsiasi tipo di schematizzazione.

 

Carichi

I carichi dovuti al peso proprio, allo scarico permanente, allo scarico accidentale e allo scarico sismico dei solai sono generati automaticamente con un semplice comando.

I carichi direttamente applicabili nei nodi sono:

  • Forze concentrate nei nodi in direzione X, Y, Z.
  • Coppie concentrate nei nodi con asse vettore X, Y, Z.
  • Cedimenti nodali, sia traslazionali che rotazionali.
  • Temperature nodali.

I carichi direttamente applicabili nelle aste sono:

  • Carichi uniformi in campata in tutte le direzioni X, Y, Z
  • Carichi variabili linearmente in campata in tutte le direzioni X, Y, Z.
  • Carichi torsionali uniformi in campata.
  • Carichi torsionali variabili linearmente in campata.

Per gli elementi finiti bidimensionali (muri, piastre, lastre) carichi ortogonali all'elemento:

  • Carichi uniformente distribuiti.
  • Carichi trapezoidali.
  • Spinta idrostatica.
  • Spinta del terreno.
  • Carico sul pannellino.

Nel piano dell'elemento:

  • Carico uniforme.
  • Carico variabile.

 

Vincoli Interni ed Esterni

E' possibile vincolare esternamente i nodi della struttura agendo sulle sei componenti di spostamento nodale.

E' necessario vincolare i nodi di fondazione in quanto, lo schema di terreno alla Winkler, consistente in "molle equivalenti" agenti nel piano verticale degli elementi, renderebbe labile la struttura in direzione X, in direzione Y e alla rotazione attorno all'asse verticale Z.

 

Analisi Strutturale

Dopo che il progettista ha fornito la tipologia strutturale a mezzo del modellatore grafico, è possibile combinare le condizioni di carico elementari a mezzo di coefficienti moltiplicatori o di peso ed eseguire il calcolo della struttura in assenza di sisma o in presenza di sisma con l'analisi statica o dinamica, determinandone lo stato di deformazione, sollecitazione e tensione.

Il calcolo viene eseguito dal solutore SAP V convertito per i personal computers, adattato e modificato per risolvere anche strutture su suolo elastico non previste nel SAP originario.

 

Elementi Finiti

Il Programma utilizza l'elemento Beam/Truss per schematizzare travi e pilastri. Nella definizione della matrice di rigidezza, può tenere conto della deformabilità a taglio dell'asta a scelta del progettista.

L'elemento Beam ha in generale tutti i 6 gradi di libertà ai nodi. L'elemento supporta carichi inerziali nelle 3 direzioni e forze d'incastro perfetto per introdurre gli effetti taglianti e flettenti di carichi distribuiti sull'elemento. In uscita vengono stampate le sollecitazioni assiali, taglianti, flettenti e torcenti in entrambe le estremità. L'elemento è prismatico a sezione generica e viene concentrato sul suo asse. E' possibile considerare dei conci rigidi nei nodi e disassare l'asse dell'elemento rispetto alla congiungente i nodi.

L'interazione suolo-struttura è realizzata mediante travi di fondazione, reticoli di travi di fondazione, platee poggianti su terreno alla Winkler e plinti diretti o su pali, con possibilità di schematizzare anche travi e platee su pali.

Le pareti controventanti in generale, o le pareti di taglio, sono schematizzabili con elementi Thin plate-shell o Guscio sottile che è un quadrilatero di geometria arbitraria formato intimamente da 4 triangoli compatibili. Esso è adatto a risolvere gusci spaziali e soprattutto piastre inflesse intese come casi degeneri piani di gusci. L' elemento usa la sovrapposizione di un elemento triangolare "constant strain", per rappresentare il comportamento a membrana e di un elemento a lastra inflessa, per rappresentare il comportamento flessionale. Siccome l'elemento è ottenuto dalla composizione di 4 triangoli, i 6 gradi di libertà del nodo comune vengono eliminati in fase di assemblaggio della matrice di rigidezza e pertanto ogni elemento ha 24 gradi di libertà in coordinate globali, 6 per ogni nodo del quadrilatero. Nel caso di piastre piane la rigidezza intorno alla normale all'elemento non è definita pertanto il grado di libertà di questa rotazione non deve essere preso in considerazione nell'analisi, mentre per i gusci deve essere presa in considerazione. Nel caso di curvatura molto piccola questo grado di libertà può essere parzialmente impedito mediante l'uso di un elemento Boundary.

L'elemento Boundary può essere collocato fra due nodi della struttura o fra un nodo della struttura ed un nodo esterno ad essa e completamente incastrato.

Viene utilizzato nei seguenti casi:

  • Idealizzazione di un supporto elastico esterno traslazionale e rotazionale, in un nodo della struttura.
  • Idealizzazione di un supporto a carrello anche inclinato.
  • Specificazione di uno spostamento impresso alla struttura.
  • Eliminazione, infine, delle difficoltà numeriche associate al "sesto grado" di libertà nell'analisi degli shell quasi piatti.

L'elemento ha 6 gradi di libertà per nodo.

E' un elemento monodimensionale con rigidezza assiale o torsionale a scelta dell'utente.

Giocando con queste rigidezze, è agevole imporre condizioni di vincolo. In uscita si hanno direttamente le sollecitazioni sui boundary che diventano così gli strumenti per esplicitare le reazioni in nodi di elementi in cui le sollecitazioni non sono previste come uscita del programma.

I coefficienti di rigidezza dell'elemento boundary, diversamente dagli altri, vengono addizionati direttamente alla matrice di rigidezza globale e pertanto non costituiscono alcun appesantimento particolare per il programma.

L'elemento Read-in-Matrix permette di aggiungere direttamente dall'esterno alla matrice di rigidezza del sistema, matrici di rigidezza eventualmente di particolari membrature della struttura.

Queste matrici di rigidezza, non sono direttamente accessibili dall'utente e vengono usate nel programma per sostituire i pannelli murari quando l'utente sceglie di eseguire il calcolo dei muri in modo condensato.

 

Caratteristiche Geometriche e Meccaniche

Il programma calcola direttamente le caratteristiche inerziali per le seguenti forme di sezioni di uso corrente:

  • Rettangolare
  • a T
  • a T Rovescia
  • ad L
  • Circolare
  • Plinti ( Rastremati e non )

Viene fornito un profilatario ( personalizzabile dall'utente ) contenente i profilati metallici di uso più comune ( IPE, HEA, HEB, UPN, tubi quadrati, circolari e rettangolari, ecc. ).

Le sezioni non direttamente contemplate sono definibili dall'utente assegnando: area, momenti d'inerzia e fattori di taglio, oppure definire il contorno della sezione e determinare con una particolare utility del programma le caratteristiche inerziali della stessa. Per gli elementi bidimensionali è sufficiente definirne lo spessore e il passo di discretizzazione nelle due direzioni.

E' possibile associare agli elementi differenti materiali consentendo di analizzare anche strutture miste Acciaio, Calcestruzzo, Legno, ecc.

Il programma è in grado di eseguire differenti tipi di calcoli statici e dinamici:

  • Analisi generale con 6 gradi di libertà per nodo.
  • Analisi dinamica per via Statica Equivalente.
  • Analisi dinamica per sovrapposizione modale con spettro di risposta in accordo con la Normativa Italiana e qualunque altra normativa di cui si conosce lo spettro di risposta sotto l'ipotesi di solaio infinitamente rigido o con solaio deformabile e quindi con le masse concentrate nei nodi.
  • Analisi statica con applicazioni di azioni di piano orizzontali per strutture prefabbricate secondo le CNR 10025 "Norme tecniche per la progettazione, esecuzione, e collaudo delle costruzioni prefabbricate".

Nel caso di calcolo dinamico l'utente può definire: il numero dei modi, il coefficiente di smorzamento e il tipo di combinazione dei modi. Il metodo di combinazione SRSS (Square Root of Sum of Squares) o Metodo della Radice Quadrata della Somma dei Quadrati, previsto dal SAP originario e dalla normativa italiana, si presta molto bene per le strutture piane, ma l'estensione a sistemi tridimensionali, quali gli edifici, non sempre ha messo in evidenza risultati altrettanto validi specie se le frequenze di vibrazione sono vicine. I risultati, inoltre, non sempre sono a vantaggio della sicurezza.

Per tal ragione IperSpace++ per Windows™ utilizza anche il metodo CQC (Complete Quadratic Combination) o Metodo della Combinazione Quadratica Completa, la cui formula di combinazione è una formula quadratica completa che include tutti i termini di risposta modale combinati attraverso opportuni coefficienti in funzione delle frequenze del sisma, delle frequenze modali e del fattore di smorzamento della struttura.

E' da notare che i due metodi CQC e SRSS danno risultati praticamente coincidenti quando le frequenze modali sono abbastanza diverse tra di loro, pertanto è sempre conveniente l'uso del metodo CQC, visto che in termini percentuali il calcolo viene aggravato di poco.

Post-processore Grafico ed Analitico

IperSpace++ per Windows™ consente di visualizzare per tutte le combinazioni di carico in scale definibili dall'utente:

  • La deformata dell'intera struttura o parte di essa; nel caso di analisi dinamica sia la deformata per ogni singolo modo che lo spostamento inviluppo dovuto alla combinazione dei modi;
  • Il diagramma delle sollecitazioni per una certa combinazione di carico o per l'inviluppo di tutte le combinazioni sia sull'intera struttura che su parte di essa;
  • Tutte le sei sollecitazioni di un'asta oltre che agli estremi anche in un numero di punti interni all'asta, definito dall'utente; basta semplicemente interrogare l'asta selezionata per la particolare combinazione di carico;
  • I massimi spostamenti fra tutti i nodi;
  • Gli spostamenti dei nodi prescelti.

Nel caso in cui alcune membrature apparissero insufficienti od esuberanti è possibile modificarle direttamente senza uscire dal post-processore e riproporre il calcolo.

 

Verifica Elementi Strutturali

La verifica dei vari elementi in C.A. costituenti la struttura avviene in automatico sfruttando i dati di input. Il metodo usato è quello delle tensioni ammissibili.

Il processo di progetto-verifica degli elementi è guidato dal progettista che fissa oltre al tipo di calcestruzzo ed acciaio impiegato i criteri informatori di progetto quali, copriferro, numero minimo e massimo di ferri, numero di braccia delle staffe, % minima e massima di armatura rispetto all'area del calcestruzzo, ecc.

L'output di questo modulo, da inserire nelle relazioni di calcolo, contiene le aree di ferro di progetto ed il tasso di lavoro dei materiali.

 

Verifica Travi e Travi di Fondazione

Questi elementi strutturali vengono verificati a flessione e taglio.

La verifica a flessione viene eseguita campionando lungo l'asse della trave. Le aree di ferro così determinate sono quelle strettamente necessarie alla verifica della sezione, rispettando i minimi di normativa. Le aree vengono successivamente trasformate dal programma di disegno delle armature in equivalenti pezzature di ferro.

Il momento di verifica di ogni sezione proviene dal diagramma inviluppo dei momenti flettenti di tutte le combinazioni di carico. In particolare, per le travi in elevazione, è possibile impostare un valore minimo da assegnare al momento di campata in funzione della luce e dei carichi verticali globali agenti sulla trave.

L'armatura a torsione e a taglio, costituita da staffe e da eventuali ferri di parete, viene calcolata facendo diretto riferimento all'inviluppo del diagramma del taglio e del momento torcente relativi alle varie combinazioni di carico. L'armatura così ottenuta è poi ottimizzata dal modulo di disegno in base a parametri definibili dall'utente.

 

Verifica Pilastri

La verifica viene eseguita nelle sezioni di base e di testa e in due altri punti intermedi scelti dall'utente; in questo modo è possibile scegliere se usare o meno monconi nei pilastri.

Oltre alla sezione e al numero di ferri per spigolo e ferri per lato il progettista può scegliere tra una verifica a pressoflessione deviata o retta e in quest'ultimo caso può anche effettuare la verifica a carico di punta. In ogni caso comunque la verifica tiene conto dei massimi e minimi di normativa.

 

Verifica Muri

Per le pareti discretizzate il programma fornisce sollecitazioni di tipo membranale e di tipo flessionale. Viene eseguita una verifica a pressoflessione retta nel piano del setto per ogni 30° d'inclinazione rispetto all'asse locale x. Le armature sono disposte in modo diffuso (reti) sulle due facce dell'elemento e sono, ove necessario, infittite con ferri in corrispondenza delle estremità del setto.

 

Verifica Plinti

La verifica dei plinti considera lo sforzo normale ed i momenti flettenti Mx ed My direttamente presenti sul plinto.

La verifica è condotta, nelle due direzioni principali, nella sezione del colletto a filo pilastro, e può essere svolta dal programma, a seconda delle dimensioni dell'elemento stesso, come plinto tozzo o snello; è prevista anche la verifica a punzonamento dei plinti diretti e su pali.

La verifica dei plinti su pali consente anche la verifica del palo a carico verticale ed orizzontale.

 

Verifica Aste in Acciaio

La verifica delle aste in acciaio viene eseguita secondo il metodo delle tensioni ammissibili e in accordo con le istruzioni CNR 10011/85 ed in particolare il programma esegue le seguenti verifiche:

  • Verifica di resistenza.
  • Verifica di instabilità per sforzo normale.
  • Verifica di instabilità per pressoflessione.
  • Verifica di instabilità flesso-torsionale per le sezioni aperte con pareti di piccolo spessore.
  • Verifica alla instabilità laterale delle travi inflesse (Sicurezza allo svergolamento)

La verifica di resistenza viene eseguita includendo tutte le caratteristiche di sollecitazione (N, My, Mz) o escludendo Mz.

La verifica di instabilità per sforzo normale viene eseguita con il classico metodo omega e con il metodo normale

La verifica è prevista per i seguenti elementi:

  • Profili singoli.
  • Profili calastrellati.
  • Profili intralicciati secondo gli schemi indicate dalle suddette norme CNR

NOTE sulla verifica delle aste in acciaio :

Nella verifica a trazione è cura dell'utente definire l'area equivalente in base al numero dei fori e/o in base al tipo di collegamento.

Nella verifica d'instabilità è compito dell'utente attribuire alle aste il giusto coefficiente beta: per default il programma assume beta = 1. E' sempre compito dell'utente, nel caso di aste composte, far sì che Lamba1 sia contenuto nei valori fissati dalle norme.

Per evitare l'imbozzamento delle pareti sottili di aste compresse, è compito dell'utente verificare i rapporti larghezza/spessore.

Infine è sempre compito dell'utente verificare i collegamenti tra i profili costituenti aste composte.

CERTIFICAZIONI

La Soft.Lab è un'azienda certificata secondo le norme di qualità ISO 9001

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È UN PRODOTTO

SOFT.LAB
Via Borgo Ii
82030 Ponte (BN)
Italy
Tel. 0824 874392
Fax 0824 874431



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