Strutture realizzate con Pannelli scatolari - Come fare a modellarli?

Betoniera

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Io ormai sono a fine carriera.
Tra un paio di anni mi ritiro in montagna per pescare trote e per cercare i funghi.
Vorrei però lasciare, a chi viene dopo di me, qualche idea e qualche piccolo suggerimento dettato dall'esperienza che permette di risolvere problemi altrimenti insormontabili.
Prendiamo ad esempio la struttura che si vede nella foto 1 e 2
Si tratta di un enorme cassone delle dimensioni di circa m 12,00 * 14,00 e del peso di 70 tonnellate che, nella parte anteriore, sostiene dei filtri per fornire aria ad una turbina a gas. La turbina, in pratica, è un motore alimentato a gas che produce energia elettrica.
Orbene mi è stato chiesto di fare il calcolo di quella struttura.
Il problema è che la struttura non è composta di profili ordinari, ma è fatta con pannelli sandwich di lamiera coibentata dello spessore di 100 mm e nervata ogni 750 mm.
La struttura è molto complessa ed al suo interno ci sono profili scatolari.
Come si fa a modellare una struttura del genere?.
Non è minimamente immaginabile fare una modellazione di superficie sia perchè è troppo complessa, sia perchè la modellazione di superficie fornisce delle punte di tensione nei punti singolari (spigoli e incastro delle aste) che non sono poi giustificabili in sede di verifica.
Ho adottato una soluzione che mi ha permesso di esemplificare il modello di calcolo.
Esaminando la sezione dei pannelli si osserva che questi hanno una nervatura ogni 750 mm che tiene a distanza le due lamiere di superficie.
In singola nervatura, in pratica costituisce un profilo ad H in parete sottile.
Con la UNI 1022, oggi sostituita da EC3, ho calcolato la sezione efficace.
Quindi sono riuscito a ricondurre la complessa struttura ad un telaio dove i pannelli sono sostituiti da travi ad H in parete sottile, posti ad interasse di 750 mm.
Così sono riuscito ad eseguire quel lavoro.
Nella foto 4 si vede il modello di calcolo che, in realtà, è ancora più complesso perchè i filtri sono due e perchè nel disegno non è indicata la imponente strutture di sostegno.
Ciao, alla prossima

Filtro1.jpg


Filtro2.jpg


Filtro3.jpg
 
Quindi le travi più sottili nella foto 4 sono tutte fittizie e servono a simulare i pannelli? Un altra domanda: presumo che tu abbia dovuto verificare la struttura nei confronti dei carichi da vento, questi come li hai trovati? Con la norma del CNR o hai usato il modulo apposito di Robot?
 
Ciao Mattymecc
Benvenuto nel nuovo forum

Esattamente: le travi sottili simulano i pannelli.
Essendo in parete sottile, succede che la parte di lamiera lontano dalla nervatura non lavora.
Per questo motivo occorre calcolare la sezione efficace. Nelle foto 3 c'è il calcolo secondo UNI 10022.
La nuova norma sui profili in sezione sottile non cambia molto.
Sotto vedi il carico di vento e neve applicato.
Oltretutto vedi modellata anche la porzione di impalcato di sostegno del filtro.
Il software utilizzato è Robot structural.
Robot utilizza dei rivestimenti (di colore grigio nella foto) che servono a ripartire il carico superficiale sulle aste sottostanti.
Non sono quindi degli elementi strutturali ma dei ripartitori di carico.
E' molto comodo e facile ripartire il carico così perchè non bisogna calcolare la superficie di competenza di ciascuna asta.
Ci pensa Robot.
Relativamente al calcolo del vento io non uso il calcolo automatico di Robot.
Lo calcolo a parte con dei fogli di calcolo miei.
Ciao.

 
Grazie per la spiegazione e per gli interessanti esempi che stai condividendo...
Una curiosità: i pannelli sono stati verificati anche per la depressione interna dovuta all'aspirazione della turbina?
 
In questo caso non è stata richiesta la verifica alla depressione.
In altri casi mi è capitato di dover calcolare la resistenza alla depressione dei serbatoi.
I serbatoi in depressione portano molto poco e possono implodere.
La resistenza si calcolo con analisi di Buckling alla instabilità delle lamiere.
Eventualmente ne parliamo in altro post.
Sotto ti trasmetto la struttura completa per comprendere quanto era complessa quella struttura.
Ciao

filtri459.jpg
 
Grazie di nuovo betoniera!!
 
Buonasera,
riprendo questo vecchio post molto interessante per una richiesta ed una domanda.
Devo progettare alcuni condotti circolari in acciaio (diametro indicativo tra i 1200 ed i 3000 mm) appoggiati su due supporti con uno span di circa 5 metri.
Il condotto è in lamiera metallica 5 mm che poi deve essere adeguatamente nervato longitudinalmente e trasversalmente.
I condotti non sono in pressione ma sono coibentati esternamente quindi oltre a dover reggere il loro stesso peso devono anche sostenere il peso della coibentazione (non trascurabile).
Vorrei capire come approcciare il problema, soprattutto come correttamente nervare la lamiera metallica per evitare fenomeni di buckling locale e globale.
Dimentichiamo per un attimo gli aspetti normativi, gli eurocodici verranno col tempo, vorrei qualcosa di più immediato e semplice per iniziare ad approcciare il problema.
La UNI10022 può fare al caso mio? Avete una copia della vecchia normativa? online sembra introvabile.

grazie mille a tutti.
 
Ciao meccanico razionale
Non penso che la UNI 10022 possa aiutarti.
Se la vuoi mi devi mandare un indirizzo E-Mail (nelle discussioni private).
Relativamente al calcolo della instabilità dei condotti, a mio avviso, devi:
- modellare la struttura con elementi finiti assegnando il peso proprio e il peso del coibente.
- nella modellazione inserisci anche i rinforzi radiali fatti di profili saldati al tubo (ad esempio UPN)
- eseguire una analisi di backling e controllare il moltiplicatore critico.
L'analisi di Buckling si fa con una configurazione di carico. Se si applicano i carichi di esercizio il moltiplicatore minimo di carico deve essere > 1,5, se si applicano i carichi SLU il moltiplicatore deve essere > 1,0.
Quindi il problema è padroneggiare l'analisi di Buckling col programma che hai a disposizione.
Sono calcoli che non si possono fare a mano.
Io ho utilizzato spesso questa analisi con Robot Structural per valutare il valore di depressione che manda in instabilità un serbatoio.
Se può esserti utile ti mando un esempio, ma ritengo, che ogni programma ha la sua procedura particolare per calcolare Buckling.
Ciao.
 
Se vuoi farti un'idea del valore del moltiplicatore critico dei carichi puoi usare alcune formule che si trovano in letteratura per cilindri sottili sottoposti a tensioni di compressione uniformi. Non è il tuo caso ma sarebbe a vantaggio di sicurezza... ora sono via, quando torno a casa se le trovo te le giro...
 
Ciao meccanico razionale
Non penso che la UNI 10022 possa aiutarti.
Se la vuoi mi devi mandare un indirizzo E-Mail (nelle discussioni private).
Relativamente al calcolo della instabilità dei condotti, a mio avviso, devi:
- modellare la struttura con elementi finiti assegnando il peso proprio e il peso del coibente.
- nella modellazione inserisci anche i rinforzi radiali fatti di profili saldati al tubo (ad esempio UPN)
- eseguire una analisi di backling e controllare il moltiplicatore critico.
L'analisi di Buckling si fa con una configurazione di carico. Se si applicano i carichi di esercizio il moltiplicatore minimo di carico deve essere > 1,5, se si applicano i carichi SLU il moltiplicatore deve essere > 1,0.
Quindi il problema è padroneggiare l'analisi di Buckling col programma che hai a disposizione.
Sono calcoli che non si possono fare a mano.
Io ho utilizzato spesso questa analisi con Robot Structural per valutare il valore di depressione che manda in instabilità un serbatoio.
Se può esserti utile ti mando un esempio, ma ritengo, che ogni programma ha la sua procedura particolare per calcolare Buckling.
Ciao.
ciao betoniera, sottoscrivo ogni singola sillaba.

solamente aggiungo che per modellazioni plate/Shell l'analisi lineare di buckling (LBA) può non essere a favore di sicurezza in quanto non si considerano imperfezioni geometriche e non linearità (considerati forfettariamente dalle norme con i coefficienti riduttivi per le analisi con elementi beam).

quindi il considerare moltiplicatori di collasso superiori all'unità (per i fazzoletti dei giunti bullonati/saldati modellati a plate l'università della Polonia consiglia moltiplicatori superiori a 10 per assurdo). sarebbe a rigore necessaria una analisi di "buckling non lineare" (Lukas di enterfea è uno dei più impallinati con queste cose).


comunque a prescindere da quanto detto, ripeto. condivido in pieno la filosofia di betoniera per approcciare il problema.

PS posso avere anche io in privato l'esempio? vedere il lavoro di altri è sempre istruttivo
 
Se vuoi farti un'idea del valore del moltiplicatore critico dei carichi puoi usare alcune formule che si trovano in letteratura per cilindri sottili sottoposti a tensioni di compressione uniformi. Non è il tuo caso ma sarebbe a vantaggio di sicurezza... ora sono via, quando torno a casa se le trovo te le giro...
non credo sia a favore di sicurezza per la distribuzione dei carichi, ma lo sarebbe per la configurazione geometrica (le formule analitiche trascurano l'effetto delle nervature irrigidenti). è sicuramente un valore da considerare come confronto rispetto ad un calcolo FEM
 
solamente aggiungo che per modellazioni plate/Shell l'analisi lineare di buckling (LBA) può non essere a favore di sicurezza in quanto non si considerano imperfezioni geometriche e non linearità
Sono d'accordo con te: i margini di sicurezza sulla instabilità devono essere più ampi.
Mi viene in mente l'implosione del sommergibile che andava a visitare il Titanic.
In ambiente industriale mi hanno anche raccontato di lamiere dei serbatoi implose per aver lasciato accesa la pompa dopo uno svuotamento.
Ciao a tutti.
 
solamente aggiungo che per modellazioni plate/Shell l'analisi lineare di buckling (LBA) può non essere a favore di sicurezza in quanto non si considerano imperfezioni geometriche e non linearità
Sono d'accordo con te: i margini di sicurezza sulla instabilità devono essere più ampi.
Mi viene in mente l'implosione del sommergibile che andava a visitare il Titanic.
In ambiente industriale mi hanno anche raccontato di lamiere dei serbatoi implose per aver lasciato accesa la pompa dopo uno svuotamento.
Ciao a tutti.
cavoli se è collassato un serbatoio per una pompa accesa...deve aver avuto una prevalenza mica da poco quella pompa.
solitamente è più probabile che si bruci la pompa piuttosto che imploda il serbatoio (anzi sarebbe auspicabile come "gerarchia delle resistenze" probabilmente)
 
cavoli se è collassato un serbatoio...
Non è collassato.
Si udivano dei colpi e si piegavano all'interno delle sezioni di lamiera.
Così, se ne sono accorti in tempo.
Ciao.
 
scusate se scrivo solo ora, ho reperito le slide di cui parlavo:
1702409616530.png
1702409650156.png
1702409696940.png
Si confronta la tensione massima di compressione (somma di quella generata da pressione esterna + flessione + eventuali altri contributi) con la tensione critica calcolata per compressione longitudinale uniforme di un mantello cilindrico molto lungo.
Dovrebbe essere a favore di sicurezza poichè considera la sezione come se fosse tutta uniformemente compressa alla tensione massima, mentre se si ha flessione non è così, alcune zone potrebbero essere meno compresse di altre o addirittura tese, il che mi sembra a "favore di stabilità"...
 
Buonasera a tutti,
scusate se rispondo solo ora ai tantissimi pareri ricevuti.
Vi ringrazio molto per i consigli ed i pareri.
Facendo tesoro di quanto avete detto penso farò un po' di prove con Sap2000 e tornerò certamente a disturbarvi.
 
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