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Presentazione

INTRODUZIONE
Lo studio svolto ha come obbiettivo la caratterizzazione meccanica di uno speciale connettore, brevettato dalla ditta Al-fer s.r.l di Montorio (VR), impiegato per la realizzazione di strutture miste legno calcestruzzo. Sono disponibili i risultati di prove di push-over condotte su provini di calcestruzzo e legno assemblati tramite i connettori Al-fer in formato digitale. Tale risorsa ha spinto chi scrive ad uno studio dei principali fattori da cui tale fenomeno dipende. Si procederà per gradi illustrando dapprima i dati a disposizione ed operando poi confronti con modelli analitici da normativa, con sistemi di connessione analoghi ed infine con simulazioni numeriche. Si è proposto dunque un modello semplificato per la rigidezza della connessione, adatto a pratiche implementazioni numeriche, con cui è possibile dimensionare velocemente gli elementi strutturali di un solaio misto legno calcestruzzo con connettori a secco Al-fer.

MODELLI NUMERICI

Con lo scopo di approfondire il comportamento meccanico del sistema misto con connettori a secco Al-fer, è stata svolta una analisi numerica agli elementi finiti, con il programma STRAUS7 della G+D Computing, i cui risultati sono presentati nei successivi paragrafi.

La prima applicazione agli elementi finiti, che nel seguito indicheremo con l’acronimo FEM (Finite Element Analysis), riguarda la discretizzazione dell’intero provino sottoposto a prova di push-over.

Intero provino

Questo modello è stato creato rispettando il più possibile le grandezze geometriche dei campioni reali. Si descrive ora tale modello e le ipotesi assunte per esso.

Per eseguire questa analisi, si farà riferimento ad una sequenza standard di passi comunemente utilizzata nella modellazione ad elementi finiti:

  1.     Definizione della geometria e del tipo di elementi;
  2.     Definizione delle condizioni di vincolo;
  3.     Definizione delle condizioni di carico;
  4.     Definizione delle proprietà dei materiali;
  5.     Risoluzione del modello;
  6.     Post-processing del modello, per la visualizzazione e l’interpretazione dei risultati.
 
   

Definizione della geometria e del tipo di elementi

Il provino reale  è stato discretizzato impiegando i seguenti elementi finiti.

Provino reale Tipo di elemento finito
Trave in legno: Brick Hexa 8
Soletta di calcestruzzo: Brick Hexa 8
Assito: truss
Connettore a secco Al-fer: beam

Si riporta nella figura sottostante una serie di immagini in grado di trasmettere intuitivamente la geometria impiegata nelle analisi FEM. Il modello numerico riproduce piuttosto fedelmente il modello reale. Attraverso una visualizzazione wireframe è possibile cogliere anche la modellazione degli otto connettori internamente al trave.

Per quanto riguarda le unità di misura adoperate:

Lunghezza: [mm]
Forza: [N]
Massa: [T]
Moduli elastici/tensioni: [Mpa]

Per il legno e la soletta sono stati impiegati elementi brick Hexa 8 e si è scelto una mesh con parallelepipedi cubici di lato 10 mm. La creazione del modello è avvenuta partendo da elementi plate opportunamente estrusi e specchiati fino ad ottenere un quarto dell’intero modello, la cui lunghezza rappresenta non a caso l’interasse di posizionamento dei connettori. Tramite un’organizzazione in 4 gruppi di ciascun quarto si è reso possibile l’inserimento, al corretto livello, di ciascun connettore. La mesh di 10 mm per il legno e soletta è stata una scelta azzeccata con riferimento soprattutto alla possibilità di introdurre per il connettore la variazione di sezione lungo il proprio asse, , tramite l’utilizzo di 4 beam diversi:

  • Beam 1:

Esagono da 17 mm

Parte annegata nel cls

  • Beam 2:

Cilindro diametro 14 mm

Parte ancorata nel cls

  • Beam 3:

Cilindro diametro 16 mm

Parte a contatto con l’assito

  • Beam 4:

Cilindro diametro 13 mm

Parte inserita nel legno

Si è impiegato un diametro di 13 mm per tener conto della presenza della filettatura che rastrema la sezione da 16 mm a 12 mm.

Infine si è scelto per il tavolato in legno un elemento truss, la cui area è proporzionale alla mesh impiegata per la soletta e per il legno, ovvero 10 x 10 mm2.

 
   

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MODELLO NUMERICO

Per il modello numerico si è suddiviso la trave in 18 conci di lunghezza 200 mm e 4 conci di lunghezza 100mm, adottando uno schema statico di trave in semplice appoggio del tipo cenrniera all’appoggio destro e carrello all’appoggio sinistro.Nell’analisi agli elementi finiti, tramite il programma straus 7 Release 2.3.3, il travetto e la soletta sono stati modellati con elementi beam.

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Vantaggi

 

Posa in opera

 

Descrizione Tecnica

 

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