1.3 Instrumente de proiectare pentru armătură

Flux de lucru și obiective

Scopul instrumentelor de proiectare a armăturii în CSFM este de a ajuta proiectanții să determine eficient poziția și cantitatea necesară de bare de armătură. Pentru a ghida utilizatorul în acest proces, sunt disponibile următoarele instrumente: calculul liniar și optimizarea topologică.

Instrumentele de proiectare a armăturii utilizează modele constitutive mai simplificate decât cele folosite pentru verificarea finală a structurii. Prin urmare, definirea armăturii în această etapă trebuie considerată o predimensionare, care urmează să fie confirmată sau detaliată în etapa de verificare finală. Utilizarea diferitelor instrumente de proiectare a armăturii este ilustrată pe modelul din Fig. 3, care reprezintă un capăt al unei grinzi simplu rezemate, cu înălțime variabilă, încărcată cu o sarcină uniform distribuită.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 3\qquad Model used to illustrate the use of the reinforcement design tools.}}}$$

Analiza liniară

Analiza liniară utilizează proprietăți liniar-elastice ale materialului și neglijează armătura din zona de beton. Prin urmare, este un calcul foarte rapid, care oferă o primă imagine asupra poziției zonelor întinse și comprimate. Un exemplu de astfel de calcul este prezentat în Fig. 4.

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 4\qquad Results from the linear analysis tool for defining reinforcement layout}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}$$

Optimizarea topologică

Optimizarea topologică este o metodă care urmărește găsirea distribuției optime a materialului într-un volum dat, pentru o anumită configurație de încărcări. Optimizarea topologică implementată în Idea StatiCa Detail utilizează un model liniar cu elemente finite. Fiecare element finit poate avea o densitate relativă de la 0 la 100 %, care reprezintă cantitatea relativă de material utilizat. Aceste densități ale elementelor sunt parametrii de optimizare din problema de optimizare. Distribuția rezultată a materialului este considerată optimă pentru setul dat de încărcări dacă minimizează energia totală de deformație a sistemului. Prin definiție, distribuția optimă este și geometria care are cea mai mare rigiditate posibilă pentru încărcările date.

Procesul iterativ de optimizare pornește de la o distribuție omogenă a densității. Calculul se efectuează pentru mai multe fracții de volum total (20 %, 40 %, 60 % și 80 %), ceea ce permite utilizatorului să aleagă cel mai practic rezultat. Forma rezultată este alcătuită din zăbrele cu biele și tiranți și reprezintă forma optimă pentru cazurile de încărcare date (Fig. 5).

$$\textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 5\qquad Results from the topology optimization design tool with 20\% and 40\%  effective volume}}}$$

$$\textsf{\textit{\footnotesize{(red: areas in compression, blue: areas in tension).}}}$$