Modellazione di un impalcato da ponte sghembo in Midas Civil

La progettazione e verifica di nuove strutture richiede l’utilizzo di strumenti di calcolo automatico e l’introduzione di modelli numerici che rappresentino la struttura ed il suo comportamento in maniera accurata. I software basati sul Metodo degli Elementi Finiti sono certamente i più diffusi ed impiegati nell’ambito professionale.

In taluni casi, l’opera oggetto di calcolo e verifica presenta caratteristiche geometriche che richiedono particolare cura nella scelta della modellazione.

Questo aspetto viene esemplificato con riferimento alla modellazione di un ponte di nuova costruzione in struttura mista acciaio-calcestruzzo.

L’aspetto rilevante di tale struttura riguarda la geometria dell’impalcato, il quale presenta una particolare forma in pianta caratterizzata da due lati obbliqui.

Tale condizione rende complessa sia la fase di modellazione geometrica della struttura, sia la definizione dei vincoli da assegnare al contorno.

È stata proposta una modellazione innovativa della soletta del ponte, implementata con il codice di calcolo “Midas Civil”, tramite l’utilizzo di elementi plate. Il modello ha permesso di definire dettagliatamente le condizioni della struttura nelle diverse fasi di progettazione e di carico, e di valutare, infine, la validità della progettazione proposta.

 

La descrizione dell’opera e la particolarità della geometria dell'impalcato

Il progetto della struttura prevede una struttura portante costituita da 8 travi in acciaio, calandrate in officina con controfreccia pari a 35 cm. Le travi sono realizzate saldando a completa penetrazione lamiere in modo da ottenere una sezione a doppio T con altezza complessiva pari a 1020 mm.

Le travi sono tra loro collegate da diaframmi reticolari, che differiscono tra le sezioni trasversali di testa e le sezioni interne, e poggiano sulle spalle tramite apparecchi di appoggio a disco elastomerico confinato, i quali realizzano il vincolo a cerniera (tipo fisso) o carrello unidirezionale o bidirezionale. Sette profili metallici a sezione variabile collegati lungo lo sviluppo di ciascuna delle due travi di riva sostengono due sbalzi della larghezza di 2.025 m.

L’impalcato è costituito da una soletta semi-prefabbricata formata da elementi del tipo “predalles”, dello spessore di 5 cm, su cui viene eseguito un getto di completamento dello spessore di 22 cm.

Ogni lastra predalles ha lunghezza variabile ed è profonda 1.20 m e appoggia su 3 travi centrali e sulla trave di riva. La collaborazione delle travi con la soletta in calcestruzzo è assicurata da tre file di pioli tipo Nelson del diametro di 22 mm saldati sull’estradosso della piattabanda superiore. Le lastre sono utilizzate come casseforme per la parte interna e per gli sbalzi dell’impalcato.

L'intradosso della soletta poggia sulle ali delle travi, provviste di connettori a spinotto, con la mediazione di uno strato di malta antiritiro e bande elastiche che assicurino la continuità dell’appoggio ed evitino il percolamento del getto di calcestruzzo. L’impalcato ha larghezza di 16 m e luce di 32.25 m.

 

 

Il ponte sovrappassa una linea ferroviaria ed è classificato come strada urbana di quartiere (tipo E). È previsto un cordolo ai margini dell’impalcato con un’altezza di 20 cm rispetto al manto stradale e della larghezza complessiva di 98.5 cm, che il dispositivo di ritenuta e la barriera. Sono previsti due marciapiedi ai margini della piattaforma stradale di larghezza lorda pari a 1.665 su un lato 2.165 m sull’altro. La finitura è costituita da uno strato uniforme di binder dello spessore di 9 cm ed uno strato di usura dello spessore di 5 cm. Sono infine presenti le opere per lo smaltimento delle acque meteoriche.

Il processo costruttivo prevede la realizzazione dell’impalcato, completo di opere accessorie, su un’area contigua alla sede e il successivo varo nella sua posizione finale.

  

I materiali costruttivi del ponte

La scelta della tipologia di calcestruzzo da utilizzare è stata effettuata in accordo alle disposizioni di normativa [1] in riferimento alle condizioni ambientali di sito e all’esposizione ambientale (le condizioni chimiche e fisiche alle quali la struttura è esposta nell’ambiente in cui è immersa, in aggiunta alle azioni meccaniche) [2]. Per le varie parti del ponte sono state individuate differenti classi di esposizione, ad ognuna delle quali corrisponde una classe di calcestruzzo minima raccomandata.

Al termine del processo di individuazione delle classi richieste, si è scelto di utilizzare per tutti gli elementi in calcestruzzo armato, una classe di calcestruzzo C 35/45, classe di consistenza S4 e copriferro 45 mm.
L’acciaio per le barre di armatura scelto per l’opera è il B450C, le cui caratteristiche meccaniche sono di seguito riportate:

  

Per l’acciaio strutturale, invece, si è scelta la lega “S355J0W”, facente parte di leghe di acciaio per impieghi strutturali laminati a caldo; le caratteristiche meccaniche sono elencate in Tabella 2-2.

10 RAGIONI per scegliere Midas Civil

- Reputato: usato dai principali studi di progettazione di ponti e infrastrutture
- Validato: con migliaia di Regression Test e Benchmarks NAFEMS
- Testato: modelli numerici validati con test di laboratorio e tesi di ricerca
- Aperto: un software aperto ai controlli, nulla è nascosto all’utente
- Robusto: capace di gestire modelli con milioni di elementi finiti
- Competitivo all’estero: conosciuto in tutto il mondo e dotato delle principali normative mondiali lo rendono uno strumento richiesto per affrontare lavori all’estero
- Supportato: CSPFea supporta ad altissimo livello con Corsi, Seminari, Libri, Rivista, Hotline
- Avanzato: la più ampia scelta di modelli numerici dissipativi per affrontare problematiche di isteresi del materiale e dispositivi antisismici
- Internazionalizzato: la più ampia casistica di norme e Codici internazionale
- Conveniente: “full optional” con i nuovi listini le più indispensabili Opzioni sono incluse
 
CLICCA QUI PER SAPERNE DI PIU'

La modellazione FEM del ponte mediante Midas Civil

La costruzione geometrica all'interno del software Midas Civil

La modellazione agli elementi finiti di seguito descritta è stata sviluppata all’interno del software “Midas Civil”.

In particolare, l’impalcato è stato descritto attraverso un modello tridimensionale in cui le travi principali, le mensole degli sbalzi, i correnti superiori e inferiori dei traversi, sono modellati come elementi beam, mentre le diagonali dei traversi come elementi truss.

  

  

Dunque, in testa alle travi principali è stata modellata la soletta tramite elementi piastra che conferiscono rigidezza trasversale e trasferiscono i carichi permanenti, portanti e da traffico al reticolo sottostante (Figura 4).

  

  

Le travi principali longitudinali sono state modellate con elementi di tipo beam a sezione composta (Figura 5 (a)), in cui le proprietà di acciaio e calcestruzzo entrano nel processo di costruzione in fasi differenti.

I traversi sono stati modellati con elementi beam, svincolati a momento negli estremi (Figura 5 (b)), le sezioni utilizzate per i traversi di testata e interni differiscono tra loro, così come le sezioni dei diagonali (Figura 6,7).

 

  

    

   

Per i profilati a sezione variabile utilizzati per il supporto degli sbalzi sono state definite le sezioni di inizio e fine elemento, mostrate in Figura 8.

 

  

...CONTINUA LA LETTURA DELL'ARTICOLO NEL PDF.

L'articolo continua con:

• Definizione dei carichi
  
• Calcolo per fasi di costruzione
  
• Disposizione dei vincoli
  
• Analisi e verifiche

---

Articolo tratto dal Magazine Digital Modeling di CSPFea numero 37