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Modellazione di una serra

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 usando SkyCiv software di analisi strutturale.




Comportamento strutturale

Una serra è in genere costituita da purlins orizzontali, travi primarie, montanti verticali e infine 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 questo motivo, le connessioni momento vengono generalmente utilizzate per connettere purlins 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 diversi 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 viene adottata la sezione angolare. 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.

figura 1: Membri strutturali inclusi rilasci finali e carichi di vento distribuiti sulla serra.

Risultati a livello globale e locale

SkyCiv rende possibile visualizzare l'output dell'analisi sia localmente in termini di sollecitazioni e spostamenti dei nodi, sia a livello globale 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 1: Diagramma del momento flettente della struttura della serra.

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, e, e con 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.

figura 3: Forma deformata della serra sotto carichi di vento.

Nella seguente istantanea le forze assiali che agiscono sui diversi membri possono essere visualizzate 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 1: Forze assiali che agiscono sugli elementi strutturali della serra sotto carichi di vento.

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 usando i colori per indicare le posizioni in cui vengono raggiunti i valori massimi del fattore tracciato. Qui lo stress per piegarsi sul con 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 1: 3Visualizzazione D con colore dell'intensità delle sollecitazioni di flessione attorno all'asse z.

figura 5: 3Visualizzazione D con colore dell'intensità delle sollecitazioni di flessione attorno all'asse z.

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