Modellazione e analisi
Modellazione ad elementi finiti di strutture nuove ed esistenti. Analisi lineari e non lineari utilizzando qualsiasi materiale (c.a., acciaio,legno, vetro, etc.)
Procedura di analisi strutturale
Software
MasterSap è una procedura di analisi strutturale che risponde pienamente alle esigenze applicative del settore dell’Ingegneria civile, conforme alle normative italiane ed europee. MasterSap non è finalizzato al calcolo dei soli edifici, ma analizza strutture di tipo generico, quali tralicci, ponti, serbatoi, volte, risolvendo rapidamente semplici tipologie costruttive, come telai o travi continue, e strutture più complesse, operando in ambiente tridimensionale, scegliendo il punto di vista più favorevole, limitando l’azione alla sola parte desiderata. MasterSap sfrutta l’ambiente Windows a 64 bit, con miglioramento importante delle prestazioni e incremento delle dimensioni dei modelli di calcolo gestibili.
MasterSap
Strumenti di modellazione
In fase di modellazione possono essere utilizzati diversi tipi di elementi.
I principali sono:
- aste reticolari
- aste generiche (beam)
- vincoli
- plinti
- Travi di fondazione
- elementi guscio/piastra quali piastre di solaio, volte, cupole
- isolatori sismici a comportamento lineare
A MasterSap vengono riconosciute, in particolare, notevoli qualità in termini di libertà di modellazione e facilità di uso, oltre a una grandissima affidabilità.
Comunemente i parametri di progetto vengono importati da specifici data base liberamente aggiornabili: materiali (generici, isotropi e ortotropi), carichi, combinazioni di carico, coefficienti di sicurezza, tensioni di calcolo di calcestruzzo e acciaio, minimi di norma, profili in acciaio, e così via.
Sono disponibili negli archivi le sezioni ripetitive o normalizzate, come ad esempio i profili a caldo e a freddo, che possono essere accoppiati. E’ possibile gestire e archiviare anche sezioni generiche, eventualmente composte da più materiali, riconosciute anche tramite disegno.
Sul modello strutturale e sulle sue proprietà si interviene con comuni operazioni di selezione, per effettuare modifiche geometriche, di proprietà o di carico. Ogni attività è assistita dall’anteprima.
L’ambiente grafico opera in modellazione solida tridimensionale, con rimozione delle superfici nascoste; è ovviamente disponibile anche la rappresentazione unifilare. È possibile ricondursi a rappresentazioni 2D, effettuare viste piane e prospettiche, assonometrie, sezioni, finestre e box spaziali; la struttura può essere arbitrariamente parzializzata.
Strumenti di copia, trasla, specchia consentono di costruire rapidamente l’intero modello, in qualunque sistema di riferimento, anche locale, in coordinate cartesiane cilindriche o sferiche.
È possibile importare parti strutturali sviluppate in altri modelli.
Gli eventuali fili fissi possono essere acquisiti direttamente da un disegno oppure assegnato
Fra le funzionalità particolarmente utili segnaliamo l’assegnazione dei piani rigidi, anche su isolate porzioni di solaio e su falde inclinate. Altre relazioni utili sono rappresentate da corpo rigidi e link.
Gli offset possono essere puramente architettonici (e incidono solo sul disegno), oppure strutturali, che hanno effetto solo sui risultati del calcolo ( o di entrambe le tipologie).
Se l’analisi è di tipo lineare le pareti vengono di solito modellate mediante elementi bidimensionali, che rappresentano in modo più facile e adeguato il comportamento scatolare dell’edificio. In alternativa si possono adottare schemi a telaio equivalente composti da elementi monodimensionali (maschi murari e travi di collegamento), che sono gli unici ammessi nell’analisi “pushover”.
Un’interfaccia aderente allo standard Windows contribuisce a semplificare il lavoro, accelerando il processo di apprendimento e rendendo immediata la gestione del modello. L’utente opera costantemente in un unico ambiente grafico, in cui procede all’introduzione della geometria e dei carichi, lancia l’analisi strutturale, visualizza i risultati, passa al dimensionamento e alla verifica degli elementi in e.a., muratura, acciaio e legno e perviene infine ai disegni esecutivi.
MasterSap riconosce da una pianta architettonica i pilastri dai restanti particolari costruttivi e genera tutte le informazioni strutturali. Analogamente da disegno possono essere facilmente riconosciuti le pareti di edifici in muratura o e.a., ma, più in generale, anche piastre di geometria articolata, eventualmente forate. È anche possibile importare l’intero disegno 3D di strutture anche complesse (quali volte, cupole ecc.) e procedere alla generazione della geometria dell’intero modello.
I carichi, archiviati in una banca specifica, suddivisi per azione e categoria, possono essere importati, con immediatezza, nel modello e attribuiti a una condizione di carico.
Analoghe considerazioni valgono per le combinazioni di carico, anch’esse archiviate in una specifica banca, distinte in s.l.u, s.l.e. A ciascuna combinazione risultano attribuiti i pertinenti coefficienti parziali di sicurezza e di combinazione dei carichi (anch’essi registrati in uno specifico archivio), in funzione della normativa adottata (comunemente NTC 2018).
La tipologia di carico per tutti gli elementi è generale e riguarda carichi lineari, di superficie (pressioni), forze concentrate, applicabili in qualunque direzione, locale o globale, con una generica distribuzione dell’azione. Sono gestiti anche i carichi termici.
La ripartizione dei carichi di piano, dai solai alle travi d’impalcato, è gestita da procedure automatiche. Analogamente avviene per gli effetti di altre azioni, come la pressione idrostatica o la spinta delle terre.
Si può interagire con altri programmi di analisi strutturale per esportare o importare, come carico, le reazioni vincolari.
La diagnostica assume un’importanza strategica: in fase iniziale vengono individuati e filtrati evidenti difetti di impostazione del modello, e, prima del calcolo strutturale, vengono evidenziati difetti di modellazione di livello superiore.
La ricerca trova gli elementi caratterizzati da una stessa proprietà. Gli elementi così individuati possono essere poi gestiti con varie funzioni di approfondimento e manipolazione.
La rappresentazione grafica si propone come alternativa efficiente e ai tabulati di stampa e riguarda sia dati di input che risultati dell’analisi e del dimensionamento strutturale; vengono adottati diagrammi o mappe a colori, che forniscono anche immediata evidenza a casi di sofferenza o di sovradimensionamento nella struttura.
MasterSap consente di eseguire l’analisi anche per le travi reticolari miste prefabbricate, studiando il comportamento della struttura in due “fasi” strutturalmente molto diverse; prima della maturazione dei getti le travi prefabbricate, autoportanti, presentano uno schema di funzionamento isostatico; nella successiva fase di esercizio, dove la struttura assume l’usuale assetto iperstatico delle opere intelaiate a nodi rigidi. MasterSap gestisce automaticamente questi due diversi comportamenti strutturali in un unico modello di calcolo, opportunamente arrangiato nelle 2 fasi distinte di calcolo.
LiFE
I solutori lineari
e non lineari
Il solutore principale, (denominato LiFE)integrato in MasterSap; è stato ovviamente validato seguendo gli usuali principi e criteri di certificazione scientifica.
Per ridurre i tempi di calcolo MasterSap elabora più analisi s.l.u. ed s.l.e. parallelo.
LiFE si qualifica per le straordinarie prestazioni in termini di velocità ed LiFE è stato concepito per rispondere pienamente alle esigenze applicative specifiche dell’Ingegneria civile.
Life gestisce anche i temi della non linearità del secondo ordine (o geometrica), con conseguente aggiornamento della matrice di rigidezza elastica in base a quella geometrica.
Vengono anche analizzate strutture in cui siano presenti anche elementi resistenti a sola trazione (ad esempio controventi) o a sola compressione. Viene condotta l’analisi di buckling.
L’analisi statica non lineare (pushover) è realizzata con un solutore specifico. MasterSap consente di eseguire le analisi push-over tenendo conto sia delle non-linearità materiali, concentrate nelle “cerniere plastiche”, che di tipo geometrico (analisi per “grandi spostamenti”) negli elementi trave-pilastro. MasterSap prevede l’impiego cerniere plastiche di varia natura, dalle più “semplici bilineari” alle cosiddette NMM
Al termine dell’analisi in particolare MasterSap elabora automaticamente il grafico della curva di capacità, la curva bilineare del sistema equivalente, che permette di effettuare la verifica globale del sistema rispetto alla domanda derivante dallo spettro di risposta elastico, le deformazioni relative ai vari livelli dell’edificio e il rapporto tra l’azione sismica massima sopportabile dalla struttura e quella massima che utilizzerebbe nel progetto di una nuova costruzione, così come richiesto dalle NTC 2018.
Calcolo delle sollecitazioni
Il calcolo sismico
Il calcolo sismico può essere condotto con il metodo statico o dinamico, applicando gli ordinari criteri e principi della teoria in materia. L’analisi dinamica modale con spettro di risposta può essere condotta anche con il metodo dei vettori di carico di Ritz, grazie al quale è possibile stimare rapidamente i principali modi vibrazionali che governano la risposta di una struttura al sisma.
Per quanto riguarda gli elementi non strutturali il calcolo dei cosiddetti spettri di piano permette di tener conto dell’interazione, in termini vibrazionali, tra elementi secondari e struttura portante.
Sono gestiti i casi di comportamento strutturale dissipativo e non dissipativo, oltre che il caso particolare di un lavoro che ricade nella cosiddetta “zona 4”, con conseguente attuazione dei metodi di calcolo semplificato. Vengono effettuati tutti i particolari controlli previsti dalle NTC 2018: quello sulle deformazioni relative (SLD e SLO).
MasterSap consente di applicare pienamente l’Eurocodice 8 prevedendo tra l’altro Ia registrazione dei parametri caratteristici degli spettri di risposta dei Paesi interessati dagli Eurocodici. Per altri Paesi è sempre possibile definire liberamente lo spettro di risposta (s.l.u, s.l.d., elastico) da applicare alla struttura.
È possibile definire la stratigrafia per ogni tipo di terreno (salvandola anche in una specifica banca), da utilizzare poi per determinare in automatico il valore della costante di sottofondo. Una specifica rappresentazione grafica esegue l’attuazione delle verifiche geotecniche, in particolare la pressione ultima e la capacità portante del terreno per platee e travi di fondazione. Impostando le proprietà geotecniche, il criterio di valutazione e i coefficienti parziali di sicurezza si ha accesso a più modalità rappresentative dei risultati, fra cui l’indice di resistenza, che rapporta la pressione sul terreno con la capacità portante.
Le stampe dell’input e dei risultati dell’analisi strutturale, anche in lingua straniera, possono essere liberamente suddivise e frazionate in modo da ridurre il tabulato allo stretto indispensabile.
Una apposita procedura Relazione di progetto è stata invece ideata per comporre la relazione generale di calcolo. AMV ha infatti predisposto una relazione standard, composta da tutti i documenti richiesti, compresa l’analisi dei carichi da neve e da vento, che può essere poi liberamente modificata dall’utente. La relazione standard così modificata viene importata nel progetto e può essere poi adattata alle esigenze del contesto.
Per favorire la comunicazione con altri software strutturali è disponibile l’importazione in MasterSap di modelli Sap 2000® e l’esportazione di un modello MasterSap in uno Sap 2000® o nel formato CIS/2, formato di scambio standard personalizzato per applicativi quali Sap2000®, Revit, Advance Steel o Tekla. È consentita l’importazione diretta da CadWork, software CAD/CAM 3D leader nel mercato delle costruzioni in legno.
MasterSap è corredato da un corso multimediale di autoapprendimento, con molti e vari esempi applicativi, che possono essere di valido aiuto e affiancano i servizi di assistenza e consulenza, anche gratuiti, comunque forniti dalla società.
È gratuitamente a disposizione di tutti gli utenti anche il corposo Videocorso Strutturale” Le norme tecniche e la soluzione applicativa in MasterSap”: articolato in 10 capitoli offre un concreto aiuto all’interpretazione degli aspetti applicativi delle NTC 2008 e alla soluzione dei casi pratici in MasterSap.
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