INGENIO » INGENIO n.55 » Modellazione strutturale degli edifici esistenti: vantaggi e limitazioni dei metodi numerici non lineari
Modellazione strutturale degli edifici esistenti: vantaggi e limitazioni dei metodi numerici non lineari
11/07/2017
Guido Camata

Modelli per la sicurezza pre e post intervento

INTRODUZIONE

Le strutture esistenti sono tipicamente caratterizzate da geometrie complesse e da interazioni tra elementi strutturali e non strutturali molto difficili da considerare a livello numerico, per questa ragione la definizione di modelli affidabili per valutare la loro vulnerabilità sismica è un problema molto articolato e dibattuto. I modelli devono essere concepiti per interpretare il comportamento dell’edificio selezionando gli elementi strutturali e non strutturali che sono ritenuti fondamentali ai fini del comportamento sismico.
I tre passi chiave nella simulazione a elementi finiti sono l’idealizzazione, la discretizzazione e la soluzione come indicato in Figura 1.



Figura 1 – Definizione del modello a elementi finiti

La definizione del modello prevede la semplificazione del problema fisico (edificio reale) nel modello matematico. In questa fase di astrazione si devono fare delle scelte e semplificazioni che dipendono da vari fattori, tra i quali il software utilizzato. Per esempio nella figura 1 è raffigurata una colonna a sezione variabile con un carico in testa. Se l’analista ha a disposizione elementi trave isoparametrici, la matrice di rigidezza può essere rappresentata da un singolo elemento a due nodi, in caso contrario è necessario dividere la colonna in più elementi a sezione costante per approssimare la soluzione. Inoltre, l’analista dovrà ipotizzare la condizione di vincolo considerando l’interazione suolo fondazione struttura, oppure ipotizzando un incastro alla base.

In un edificio reale il problema è ovviamente molto più complesso. L’analista deve prima di tutto decidere cosa rappresentare nel modello matematico e in seguito decidere come discretizzare l’edificio, le fondazioni e il terreno e infine decidere se effettuare analisi lineari e/o nonlineari.
In queste operazioni sono richieste quindi molte semplificazioni che portano inevitabilmente a errori nella modellazione, errori di input (condizioni di vincolo, carichi, materiali e scelta dell’elemento), errori di output (incapacità nell’interpretare i dati), errori nell’implementazione del software e errori nella discretizzazione. Alla luce di quanto detto è cruciale possedere almeno conoscenze di base sulla formulazione degli elementi finiti e conoscere approfonditamente il software di calcolo utilizzato. Vista la complessità del problema, per le strutture esistenti è inoltre preferibile utilizzare programmi non “a scatola chiusa” che permettano di gestire il modello in modo flessibile e permettano all’ingegnere di fare delle scelte consapevoli.

Lo scopo di questo articolo è quello di analizzare i vantaggi e le limitazioni dei metodi numerici applicati alle strutture esistenti e di approfondire alcune delle domande ancora aperte riguardo la modellazione numerica, in particolare focalizzando l’attenzione sui modelli nonlineari.

I metodi di analisi non lineari stanno infatti diventando sempre più diffusi nel mondo professionale, poiché possono potenzialmente riprodurre fedelmente il comportamento statico e dinamico delle strutture fino al raggiungimento del collasso. Negli ultimi anni il mondo della ricerca ha concepito metodi di calcolo sempre più sofisticati e il continuo sviluppo dei programmi di calcolo commerciali ha permesso ai professionisti di avvicinarsi sempre di più alle analisi non lineari, prima esclusivamente utilizzate nel campo della ricerca. L’applicazione di questi metodi avanzati a problemi reali ha però sollevato diverse questioni sulle procedure definite dalle normative e sulla selezione di modelli di calcolo appropriati anche in considerazione delle limitazioni dei codici di calcolo commerciali attualmente disponibili.
L’uso delle analisi non lineari agli elementi finiti richiede tuttavia molta esperienza e competenza che ad oggi ancora manca per fare sì che queste analisi avanzate diventino di routine per la valutazione e la progettazione strutturale. A differenza delle analisi lineari, l’applicazione di questi metodi avanzati non è immediata e richiede assunzioni che possono avere un impatto determinante sui risultati, come la selezione del tipo di elemento, la scelta dei criteri di convergenza, la definizione della storia di carico e del metodo di applicazione del carico, la definizione dell’input sismico, la scelta dei legami costitutivi dei materiali e la tipologia di mesh utilizzata. In aggiunta, le analisi non lineari generano un’enorme quantità di dati complessi da interpretare e gestire, in particolare nel caso di analisi non lineari con integrazione al passo. Le incertezze legate ai parametri da utilizzare, combinate con le incertezze legate al modello matematico complesso, devono essere valutate con attenzione, possibilmente sviluppando diversi modelli per valutare l’incidenza che le varie ipotesi hanno sui risultati.

>>> L'ARTICOLO CONTINUA NEL PDF

ALL'INTERNO:

  • MODELLAZIONE E ANALISI DELLA STRUTTURA
  • EDIFICI IN CEMENTO ARMATO - Criteri di modellazione e capacità degli elementi
  • EDIFICI IN MURATURA - Tecniche di modellazione degli edifici in muratura - Criteri di modellazione e capacità degli elementi 
Articolo letto: 6382 volte
Eventi in Primo Piano
Dagli Ordini
Basic sunballast
Seguici su Facebook
Seguici su Twitter
Scarica L'APP di Ingenio