MAI MULTĂ VALOARE PENTRU PROIECTUL TĂU: MODELAREA CONECTORILOR ȘI METODE DE CALCUL ÎMBUNĂTĂȚITE

În contextul actual al industriei construcțiilor, cererea pentru soluții care să fie în același timp economice și de înaltă performanță este în continuă creștere. Hilti sprijină atingerea acestui obiectiv, oferind posibilitatea de a lua decizii informate privind materialele, componentele și strategiile de proiectare, respectând în permanență cerințele de siguranță și prevederile normative aplicabile.

Prin cele mai recente îmbunătățiri aduse software-ului de calcul, Hilti oferă o bază îmbunătățită pentru luarea unor decizii inginerești transparente și bine fundamentate. În articolul precedent am prezentat două inițiative importante referitoare la profilele sistemului MT. Alte două domenii-cheie de optimizare sunt:

• o reprezentare mai detaliată a rigidității conectorilor;

• formule de interacțiune optimizate pentru anumite aplicații.

Aceste actualizări contribuie la modelarea mai realistă a comportării sistemului și pot permite abordări de proiectare mai eficiente, în conformitate cu standardele de proiectare recunoscute.

Figura 1: Exemplu de model al unei structuri de susținere.

În analiza structurală, conectorii sunt în mod uzual simplificați ca fiind rigizi („articulați”) sau flexibili („încastrați”). Deși eficientă din punct de vedere al calculului, această abordare binară descrie doar parțial comportamentul real al conectorilor și, în funcție de structură, poate conduce la distribuții ale încărcărilor conservatoare sau potențial nerealiste.

Odată cu cele mai recente îmbunătățiri ale software-ului de calcul pentru sistemele de susținere, conectorii sistemului pentru sarcini mari pot fi acum modelați utilizând valorile efective ale rigidității. Această îmbunătățire permite reprezentarea mai realistă a deformațiilor și a comportamentului la rotire, pe baza datelor obținute din teste și a ipotezelor inginerești. Această îmbunătățire a modelării este relevantă în special pentru elementele în consolă și conexiunile structurilor de susținere tip cadru, unde rigiditatea sistemului și transferul încărcărilor sunt influențate semnificativ de flexibilitatea conectorilor.

Introducerea rigidității conectorilor, respectiv a nodurilor, în model permite:

• luarea în considerare a unei rigidități a sistemului mai reprezentative, în limitele ipotezelor de modelare;

• obținerea unei distribuții mai bune a încărcărilor în conexiunile cadrelor supuse unor sarcini ridicate;

• luarea unor decizii de proiectare potențial mai eficiente, în conformitate cu standardele aplicabile și condițiile specifice proiectului.

Astfel, aceste funcționalități îmbunătățesc abordarea inginerească utilizată în procesul de proiectare.

Impactul asupra proiectării seismice

În proiectarea seismică, EN 1998-1, Eurocod 8 [1] stabilește un aspect esențial: rigiditatea unui sistem de susținere are un impact direct asupra forțelor seismice care acționează asupra acestuia. În funcție de configurație, acest efect poate influența semnificativ rezultatul calculului, fie în sens favorabil, fie nefavorabil. Înțelegerea acestor efecte este esențială pentru realizarea unei proiectări mai realiste, eficiente și sigure.

Un factor esențial pentru obținerea unei analize seismice cât mai realiste și fiabile este reprezentarea corectă a comportamentului nodurilor. Introducerea rigidității conectorilor în analiză contribuie la reducerea diferenței dintre ipotezele teoretice și răspunsul real al sistemelor modulare de susținere:

• atunci când o conexiune este considerată perfect rigidă, introducerea rigidității sale efective indică adesea un răspuns mai flexibil decât cel presupus în condiții idealizate de încastrare perfectă;

• în schimb, atunci când o conexiune este considerată articulată, valorile măsurate ale rigidității arată adesea că nodul nu se rotește liber precum o articulație ideală.

Această optimizare nu reprezintă doar un exercițiu teoretic. Este un pas important către proiecte seismice mai fiabile, mai bine optimizate și conforme cu cerințele normative.

Forțele seismice care acționează asupra componentelor nestructurale sunt, de regulă, determinate pe baza greutății componentei și a coeficientului de răspuns seismic. Coeficientul de răspuns seismic depinde de accelerația spectrală, parametrii terenului, factorul de importanță și factorul de amplificare (A). Factorul de amplificare este, la rândul său, influențat de înălțimea clădirii (H), înălțimea la care este amplasat sistemul modular de susținere în clădire (z), perioada proprie de vibrație a clădirii (T1) și perioada proprie de vibrație a sistemului modular de susținere analizat (Ta), după cum se poate observa în formula următoare:

Factorul de amplificare al formulei este:

Rigiditatea componentelor structurale influențează, prin urmare, valoarea Ta, care joacă un rol esențial în determinarea acțiunii seismice.

Pe scurt, integrarea rigidității reale a conectorilor în modelul unui sistem modular de susținere MEP nu reprezintă doar o bună practică inginerească. Aceasta are un impact direct asupra forței seismice de proiectare prin influența exercitată asupra factorului de amplificare A. Prin urmare, luarea în considerare a rigidității reale poate avea un impact direct asupra siguranței proiectării.

Conform Eurocodului, atunci când perioada proprie de vibrație Ta se apropie de perioada fundamentală a structurii T1, apare o condiție de rezonanță, care conduce la amplificarea maximă.

Atunci când înlocuim o conexiune articulată cu una având o rigiditate mai realistă, sistemul devine, în fapt, mai rigid. Acest lucru poate conduce la o reducere a T_a.

Dacă Ta / T1 > 1: reducerea Ta apropie sistemul de rezonanță, crescând astfel factorul de amplificare (A). În consecință, cerința seismică crește (Figura 2A).

Dacă Ta / T1 < 1: reducerea Ta îndepărtează sistemul de rezonanță, determinând o scădere a factorului de amplificare (A). În consecință, încărcările seismice se reduc (Figura 2B).

Când o conexiune modelată ca fiind încastrată este înlocuită cu o conexiune având rigiditatea efectivă, sistemul devine mai flexibil. Cu alte cuvinte, rigiditatea scade, iar perioada proprie de vibrație a sistemului de susținere Ta crește.

• Dacă Ta / T1 < 1: creșterea Ta apropie sistemul de rezonanță. Acest lucru conduce la o creștere a factorului de amplificare (A) și, implicit, la o creștere a încărcărilor seismice (Figura 3C).

• Dacă Ta / T1 > 1: creșterea Ta îndepărtează sistemul de rezonanță. Acest lucru conduce la o reducere a factorului de amplificare și, implicit, la încărcări seismice mai mici (Figura 3D).

Modelarea realistă a rigidității conectorilor poate fi esențială în proiectarea seismică a sistemelor de susținere MEP, deoarece rigiditatea influențează direct perioada proprie de vibrație Ta, care, la rândul său, determină factorul de amplificare și forțele seismice rezultate.

În funcție de modul în care rigiditatea efectivă face sistemul mai rigid sau mai flexibil, Ta se poate apropia sau îndepărta de perioada de vibrație T1, amplificând sau reducând efectele de rezonanță. Acest lucru arată că utilizarea exclusivă a unor ipoteze simplificate de modelare a conexiunilor poate masca variații semnificative ale răspunsului seismic.

Prin introducerea unor valori realiste ale rigidității în software-ul de calcul pentru sistemele modulare de susținere, se obține o înțelegere mult mai precisă a comportamentului real al sistemului, ceea ce conduce la soluții de proiectare mai realiste.

Interacțiunea dintre încovoiere și forța tăietoare implementată anterior în software-ul de calcul era evaluată utilizând reguli conservative de interacțiune liniară. Deși sigure, aceste reguli pot să nu reflecte pe deplin capacitatea portantă reală a anumitor console sau profile. Conform Eurocodului 3 (EN 1993-1-1) [2], influența forței tăietoare asupra rezistenței la încovoiere poate fi neglijată în anumite condiții, în special atunci când forța tăietoare aplicată nu depășește un anumit procent din rezistența plastică la forfecare. Pentru anumite aplicații, software-ul de calcul integrează acum această abordare bazată pe prevederile normative, împreună cu date rezultate din teste interne care susțin utilizarea acesteia în condiții de siguranță. Pentru a asigura aplicarea corectă, în software-ul de calcul a fost introdusă o etapă intermediară de verificare: forța tăietoare aplicată trebuie să fie mai mică decât jumătate din rezistența plastică la forfecare a secțiunii. Numai în acest caz poate fi aplicată abordarea îmbunătățită a interacțiunii.

Această actualizare permite:

• proiecte mai eficiente și conforme cu prevederile normative;

• utilizarea adecvată a capacității portante;

• o aliniere mai bună la practica inginerească consacrată.

Cele mai recente îmbunătățiri implementate în software-ul de proiectare, inclusiv modelarea rigidității conectorilor și optimizarea relațiilor de interacțiune, oferă inginerilor instrumente care sprijină luarea unor decizii de proiectare transparente și bine fundamentate.

Aceste îmbunătățiri oferă:

• reprezentare mai realistă a comportamentului conectorilor;

• modelare îmbunătățită a rigidității sistemului;

• distribuție mai realistă a forțelor;

• oportunități pentru dezvoltarea unor soluții eficiente;

• aliniere deplină la normele în vigoare, cu condiția îndeplinirii tuturor cerințelor aplicabile.

Aceste actualizări reprezintă instrumente importante pentru dezvoltarea unor proiecte nu doar optimizate din punct de vedere al valorii și al performanței, ci și caracterizate prin fiabilitate sporită și un grad mai ridicat de sustenabilitate.

[1] EN 1998-1, Eurocod 8: Proiectarea structurilor pentru rezistența la cutremur, Partea 1: Reguli generale, acțiuni seismice și reguli pentru clădiri.

[2] EN 1993-1-1, Eurocod 3: Proiectarea structurilor din oțel, Partea 1-1: Reguli generale și reguli pentru clădiri.