introduzione
Le strutture delle serre sono strutture relativamente semplici e leggere che vengono spesso utilizzate negli sviluppi agricoli per proteggere le piante da condizioni meteorologiche estreme, soprattutto durante la stagione invernale. Il materiale selezionato è generalmente acciaio o alluminio. In questo tutorial, ti mostreremo come modellare una struttura di serra utilizzando Software di analisi strutturale SkyCiv.
Comportamento strutturale
Una serra è in genere costituita da purlins orizzontali, primario travi, pali verticali, ed eventualmente sistemi di rinforzo. I purlins vengono utilizzati per distribuire i carichi verticali, nonché i carichi del vento verso l'alto e verso l'interno che agiscono sul tetto alle travi primarie. Per questa ragione, le connessioni a momento sono tipicamente utilizzate per collegare arcarecci e travi primarie. Le travi primarie trasferiscono i carichi verticali e laterali ai montanti verticali, che agiscono in modo simile alle colonne negli edifici. I pali dovrebbero essere in grado di trasferire i carichi a terra senza deformarsi. In caso di serre relativamente grandi per la stabilità della struttura nel suo complesso e al fine di limitare gli spostamenti laterali, vengono spesso utilizzati sistemi di rinforzo, composto da membri della capriata (di solito sotto forma di X).
Aspetti di modellazione utilizzando SkyCiv
Per la modellazione numerica dei vari elementi strutturali, SkyCiv offre una varietà di opzioni sia per le sezioni trasversali che per le condizioni al contorno. I pali verticali sono in genere bloccati alla base (FFFFRR) e continuo alla connessione con travi primarie in alto (FFFFFF). I membri diagonali del sistema di rinforzo, se presente, sono bloccati ad entrambe le estremità e quindi possono ricevere solo deformazioni assiali. D'altro canto, purlins e travi primarie possono anche ricevere momenti flettenti e forze di taglio.
Questo esempio mostra la risposta di una serra con 30 nodi e 35 membri sottoposti a caricamento del vento nel x solo direzione (il peso proprio è escluso). Il materiale selezionato è acciaio strutturale. Per i purlins una sezione cava rettangolare RHS 100 x 50 x 3.0 viene utilizzato mentre per le travi primarie vengono utilizzati un canale di sezione e sezioni angolari. Per i membri diagonali, si adottano le sezioni angolari. Quando si definiscono i membri della capriata, il momento flettente viene rilasciato ad entrambe le estremità (FFFFRR) selezionando "Truss" anziché "Frame" sotto la casella di testo ID membro.
figura 1: Membri strutturali inclusi rilasci finali e carichi di vento distribuiti sulla serra.
Risultati a livello globale e locale
SkyCiv consente di visualizzare l'output dell'analisi sia localmente in termini di sollecitazioni e spostamenti dei nodi, sia globalmente in termini di forze interne. Di seguito viene illustrata un'istantanea del diagramma del momento flettente nella forma classica del diagramma, con cui la maggior parte degli ingegneri ha familiarità. Si può vedere che il momento massimo è piuttosto basso (0.6 kNm).
figura 2: Diagramma del momento flettente della struttura della serra.
La figura seguente mostra la forma deformata della struttura analizzata e gli spostamenti dei nodi nel x direzione. Si noti che lo spostamento massimo è il risultato degli spostamenti paralleli a x, y, e z direzioni ed è quindi maggiore dello spostamento del nodo orizzontale del frame nel file x direzione.
figura 3: Forma deformata della serra sotto carichi di vento.
Nella seguente istantanea il forze assiali agendo sui diversi membri possono essere viste come frecce. La tensione è illustrata in colore rosso (frecce che puntano lontano dal nodo di interesse) mentre la compressione è mostrata in colore blu (frecce che puntano verso il nodo di interesse). Si può vedere che i montanti verticali della parte posteriore e degli elementi orizzontali che collegano la faccia posteriore della serra con la faccia anteriore sono gli elementi più caricati. I membri diagonali ricevono anche forze assiali significative. Va notato che i membri sottoposti a compressione devono sempre essere verificati per la deformazione. Anche questo può essere analizzato in SkyCiv eseguendo a Analisi di instabilità. In questo esempio il carico di compressione massimo è piuttosto ridotto (8.7 kN).
figura 4: Forze assiali che agiscono sugli elementi strutturali della serra sotto carichi di vento.
Quest'ultima istantanea illustra un'altra caratteristica versatile di SkyCiv che consiste nel visualizzare l'output della struttura in 3D utilizzando i colori per indicare le posizioni in cui vengono raggiunti i valori massimi del fattore tracciato. Qui lo stress per piegarsi sul z viene mostrata la direzione. Si può osservare che i purlin sono i membri maggiormente stressati, ma lo stress massimo è 57.7 MPa, ciò significa che la sicurezza strutturale è garantita. L'utente è sempre libero di modificare il sistema strutturale in modo che la struttura soddisfi tutti i requisiti strutturali e non strutturali (ad esempio lo spazio disponibile).
figura 5: 3Visualizzazione D con colore dell'intensità delle sollecitazioni di flessione attorno all'asse z.
SkyCiv Structural 3D
Spero che questo tutorial ti abbia aiutato a capire il processo di modellazione di una serra. Iscriviti oggi per iniziare il tuo progetto!
