Vorrei dei chiarimenti sull'implementazione dell'analisi e progetto di pannelli Xlam all'interno di un software FEM.

18.01.2012 | Nr.: 6501

Risposta

Per la modellizzazione numerica dei pannelli XLAM come elementi di piastra ortotropa occorre definire la matrice di rigidezza dell'elemento FEM. Questa contiene - in modo semplificato - la rigidezza flessionale nelle due direzioni del piano, la rigidezza a taglio nelle due direzioni del piano e la rigidezza torsionale della piastra. I diversi programmi FEM definiscono in modo diverso questi valori, per cui non è possibile dare regole generiche e sempre valide. In alcuni casi sono richiesti i valori della matrice di rigidezza dell'elemento, in altri casi i valori inversi, e in altri casi ancora sono richiesti altri parametri, quali lo spessore della piastra, o uno spessore equivalente, e i valori del modulo E, rispettivamente G. A dipendenza del tipo di elementi FEM è possibile definire solo una parte di questi valori; nell'ultimo caso il sistema li completa secondo regole ben precise, di cui è consigliabile verificare la corrispondenza con il materiale che si intende introdurre nel modello.

Per l'XLAM i valori di rigidezza sono definiti nella documentazione del corso di approfondimento sugli edifici di legno di promolegno. Con queste indicazioni è possibile definire la rigidezza dei pannelli XLAM sia per le lastre che per le piastre per tutti i casi di sollecitazione. Spesso gli elementi dei programmi FEM chiedono che si definisca anche la rigidezza torsionale della piastra, chiedendo come riferimento un modulo G e lo spessore della piastra. Si tratta di una sollecitazione di regola trascurabile, vista la ridotta rigidezza torsionale di una piastra di XLAM. Utilizzando il valore del modulo G del legno (per esempio del lamellare) si ottiene una rigidezza di regola sufficientemente ridotta per ottenere un risultato corretto, in quanto la rigidezza torsionale dei pannelli XLAM è molto ridotta rispetto alla rigidezza flessionale. 
Non possiamo entrare nel dettaglio della domanda, in quanto non conosciamo la definizione esatta degli elementi FEM cui essa si riferisce. Sembra però che tali elementi definiscano la propria condizione di ortotropia con la definizione di due moduli E, diversi fra loro, per le due direzioni del piano, mantenendo probabilmente fisso lo spessore dell'elemento. In tal caso sarebbe scorretto attribuire i valori di E0 e E90 agli elementi XLAM, in quanto la differenza di rigidezza fra le due direzioni dipende dalla stratigrafia e dall'orientazione dei singoli strati, oltre che dai valori del modulo E del legno.
G12 potrebbe riferirsi all'effetto lastra, mentre G13 e G23 potrebbero riferirsi al taglio perpendicolare al piano.

Il software cltdesigner permette di definire i valori di rigidezza flessionale del pannello, ma sempre in una sola direzione; inoltre permette di definire i valori della rigidezza a taglio della lastra XLAM.

Raccomandiamo di verificare correttamente e scrupolosamente il funzionamento degli elementi FEM con cui si eseguono calcoli strutturali sui pannelli XLAM, in modo da poter garantire la correttezza del calcolo e dei risultati. Suggeriamo, in caso di minimo dubbio, di definire modelli semplici e dalle soluzioni note per poter verificare la correttezza dei risultati per confronto con semplici calcoli manuali. Raccomandiamo di procedere a questo tipo di verifica per tutte le sollecitazioni (flessione e taglio della lastra, come pure per l'effetto lastra) e per tutti i tipi di deformazione.