Come gestire i jnodi
Introduzione
Il concetto di jnodo è stato utilizzato da Paolo Rugarli a partire dai primi anni 2000 nell'ambito della sua ricerca per i collegamenti delle strutture in acciaio, ed ormai è stato usato da molti anni. Si parla diffusamente dei jnodi, e di tutte le questioni connesse ad essi, nel capitolo 2 del libro Steel Connection Analysis, di cui è autore Paolo Rugarli per John Wiley & Sons - Blakwell. Qui il riferimento al sito dell'editore:
Paolo Rugarli - Steel Connection Analysis - Wiley Blakwell
I jnodi sono stati usati diffusamente a partire dai primi anni 2000 all'interno del programma C.S.E. Connection Study Environment, la naturale evoluzione di Sargon per il calcolo dei collegamenti. La definizione di jnodo, tratta dal libro citato, è la seguente:
Un jnodo è un nodo di un modello agli elementi finiti dove almeno una membratura è connessa ad una o più altre membrature o a una differente parte della struttura. Esso include le informazioni relative alla posizione originaria del nodo, ai suoi vincoli ed alle membrature connesse, con i loro identificatori univoci, le loro sezioni trasversali, materiali, orientazioni, codici di connessione e svincoli. Se in una struttura ci sono due jnodi identici, essi saranno considerati come due istanze differenti dello stesso jnodo, ed a essi sarà assegnato un identificatore univoco.
Paolo Rugarli, Steel Connection Analysis, Cap. 2, par. 2.3.3 (Traduzione dell'autore)
© John Wiley & Sons - riprodotto con permesso
Quindi il jnodo è di fatto l'anello intermedio tra un normale modello agli elementi finiti (denominato BFEM, Bar Finite Element Model perché la ricerca delle connessioni è esplicitamente limitata agli elementi trave e biella, anche se il modello BFEM può contenere anche elementi di altro tipo), ed il renodo, ovvero il nodo reale, con tutti i suoi componenti, connettori e con tutte le lavorazioni del caso (tagli, smussi, ecc.). Il jnodo non va confuso con il nodo: non tutti i nodi sono jnodi.
Con la versione 12.70, rilasciata nel Novembre 2017 anche Sargon acquisisce la capacità di cercare i jnodi, di visualizzarli e di avere informazioni su di essi. Le funzionalità sono identiche a quelle già sperimentate da molti molti anni in CSE. Si tratta di una modifica tesa ad avvicinare Sargon a CSE ed a rendere il passaggio dall'uno all'altro programma più semplice. E' verosimile che i due programmi in futuro saranno sempre più integrati. Anche chi non usa CSE si potrà avvantaggiare, in Sargon, dell'enorme vantaggio costituito dalla ricerca automatica dei jnodi eguali, e dalla disponibilità di tutte le metriche create per i jnodi dalla ricerca di Paolo Rugarli, fatta all'interno di Castalia.
Al momento in cui si scrive CSE è l'unico programma esistente al mondo con questa caratteristica, che ora viene anche aggiunta a Sargon.
La ricerca dei jnodi di fatto dà conto del problema della ricerca dei nodi eguali. Si può sapere quanti (j)nodi diversi ci sono e dove sono collocati. Si possono anche conoscere, se l'analisi è già stata fatta e sono disponibili combinazioni, i valori di inviluppo delle sollecitazioni nelle aste omologhe delle diverse istanze del jnodo al variare delle combinazioni, una informazione assolutamente preziosa perché consente un predimensionamento di massima. Ogni jnodo ha alcuni indicatori numerici che danno una idea della sua complessità:
1.La frequenza del jnodo dice quanto frequente è il jnodo nella struttura.
2.La connettività del jnodo dice quante unioni elementari (membratura-membratura o membratura-riferimento) sono presenti in esso.
3.La complessità del jnodo è una misura della difficoltà complessiva legata alla progettazione del nodo e dipende dalla tipologia del jnodo e dalla sua connettività.
Molto importanti, ai fini della comprensione preliminare della difficoltà del lavoro di progettazione delle connessioni relativo alla intera struttura, sono i numeri indice connettività totale e complessità totale che, come suggerito nel cap. 2 del libro citato, possono essere messi in relazione con i valori di offerta secondo una tabella propria a ciascuna società o studio di progettazione.
Aspetti teorici
Non è questa la sede per spiegare nel dettaglio i criteri usati dal programma per il riconoscimento dei jnodi: si rimanda al libro citato, Capitolo 2. Qui basti dire che la ricerca dei jnodi presume che sia stata fatta prima la ricerca delle membrature, e che questa è sensibile a:
•Le sezioni trasversali assegnate agli elementi trave e biella.
•I materiali assegnati agli elementi trave e biella.
•La orientazione degli elementi trave.
•Gli svincoli degli elementi trave.
•Le estremità rigide degli elementi trave.
•I codici di connessione degli elementi trave.
Se uno o più di questi dati cambia, anche se per un solo elemento, la ricerca dei jnodi deve essere rifatta. La ricerca dei jnodi avviene al termine della modellazione, di solito, quanto il modello è già stato fatto analizzare. Tuttavia, posto che tutte le aste abbiano sezione e materiale, una condizione imprescindibile, è possibile chiedere al programma di cercare i jnodi in ogni istante.
Le membrature sono classificate nel nodo a cui si connettono nel seguente modo:
•Passanti, se il nodo è interno alla membratura. Negli altri casi il nodo è all'estremo della membratura.
•Interrotte, se esiste un segno di connessione. Un segno di connessione non implica uno svincolo, mentre uno svincolo implica sempre un segno di connessione.
•Cuspidali se non c'è un segno di connessione (e di conseguenza nemmeno uno svincolo).
I jnodi sono classificati nel seguente modo:
•Gerarchici
•Cuspidali
•Tangenti
•Centrali
•Semplici
I jnodi gerarchici sono jnodi nei quali una membratura abbia il ruolo di master e le altre di slave. Di fatto ciò implica che ci sia una sola membratura passante o cuspidale nel nodo.
I jnodi cuspidali sono sempre evitabili e sono jnodi dove più di una membratura è cuspidale nel nodo.
I jnodi tangenti sono jnodi in cui due o più membrature sono passanti nel nodo.
I jnodi centrali sono jnodi in cui tutte le membrature sono interrotte.
I jnodi semplici sono jnodi in cui esiste una e una sola membratura connessa al riferimento o ad altre parti strutturali.
La stragrande maggioranza dei jnodi reali sono gerarchici. Alcuni sono semplici o centrali. I jnodi cuspidali o tangenti si dovrebbero sempre evitare, assegnando appropriatamente i segni di connessione (cfr. Steel Connection Analysis, cap. 2). CSE è in grado di verificare i jnodi gerarchici, quelli centrali e quelli semplici.
I jnodi sono identificati da un marcatore alfabetico a due lettere, sensibile alle maiuscole e minuscole. Validi e diversi marcatori di jnodi potrebbero essere AC, DJ, dJ, Dj.
Aspetti operativi
La collezione dei jnodi, a differenza di quanto avviene con CSE, non è salvata su disco con il file .wsr, e ciò per risparmiare spazio. Il vettore dei jnodi esistenti viene creato a richiesta e resta disponibile nel corso di ogni sessione di lavoro. La esecuzione di qualsiasi comando che comporti la perdita dei risultati (modifiche della mesh o delle proprietà, o anche dei carichi), implica la perdita del vettore dei jnodi. Il vettore dei jnodi può essere rigenerato in ogni momento. La ricerca dei jnodi e la corrispondente generazione del vettore dei jnodi richiede da pochi secondi a qualche decina di secondi, a seconda della complessità della struttura.
I comandi relativi alla gestione dei jnodi sono tutti sotto il menu Struttura-Jnodi, introdotto a partire dalla versione 12.70. Con l'occasione è anche stata creata una nuova barra di bottoni, denominata barra Struttura. Questa include sia i comandi relativi ai jnodi sia i comandi relativi alle zone dissipative ed alla verifica di capacità.
I comandi relativi alla gestione dei jnodi sono:
Il primo comando (Cerca!) genera il vettore dei jnodi eguali. La sua esecuzione è la premessa indispensabile per poter accedere alle informazioni sui jnodi.
Al termine della ricerca è possibile attivare una opzione che crea dei nuovi gruppi, assegnando a questi nuovi gruppi tutti e soli i nodi delle istanze di ciascun jnodo. Ogni nuovo gruppo è messo in corrispondenza ad un jnodo, e, dato che dalla versione 12.70 i gruppi possono ricevere delle parole chiave, è possibile assegnare in questo modo a ciascun jnodo sino a sette parole chiave. Quindi, se per esempio vengono trovati 4 jnodi, uno con 3 istanze, uno con 5 istanze ed uno con 1 sola istanza, saranno creati tre nuovi gruppi, il cui identificatore sarà identico alla marca del jnodo (ad esempio "AA", "AB", "AC"), e contenenti il primo, 3 nodi, il secondo 5 nodi, ed il terzo 1 solo nodo.
Assegnando a ciascun gruppo un colore diverso, ed attivando la visualizzazione dei nodi (comando Mostra-Oggetti), si vedranno i nodi dei diversi jnodi colorati in modo differente.
La assegnazione delle keyword ai gruppi è stata pensata in vista della automatica assegnazione, in CSE, dei renodi parametrici ai jnodi. In pratica, a ciascun jnodo trovato sarà assegnato il prenodo (renodo parametrico) che ha le stesse keyword del gruppo assegnato al jnodo (se esistente). Ad esempio se la ditta ALFA crea la sua biblioteca di nodi, ed a un certo gruppo assegnato a un jnodo assegna le keyword "SALDATO", "NO COSTOLE", "ALFA", "TIPO1", sarà più facile per CSE assegnare automaticamente il prenodo desiderato al jnodo. Questa funzionalità apre di fatto la strada alla generazione automatica dei collegamenti ed è al momento in fase di studio e sviluppo.
Il comando Mostra serve a rendere visibili i jnodi come nella figura seguente:
Nuova Mediateca, Colle val d'Elsa. Fabbrichina. Architects Atelier Jean Nouvel. Cortesia Studio Ingegneria Galluzzi e Associati, Firenze.
Da Steel Connection Analysis, John Wiley & Sons ©. Riprodotta con permesso.
Durante la visualizzazione dei jnodi, la selezione dei nodi diventa una selezione dei jnodi (con tutte le loro istanze). Per uscire da questa modalità di visualizzazione (senza perdere i jnodi) è sufficiente ricliccare sul bottone corrispondente. La dimensione del simbolo è il doppio di quella fissata dall'utente per il simbolo dei vincoli nodali. Quindi, è possibile modificare l'una, quella dei jnodi, modificando l'altra, quella dei vincoli.
Il comando Interroga consente di avere dettagliate e importanti informazioni sia sulla lista dei jnodi (come la complessità totale dei nodi o la loro connettività), sia sui jnodi singoli, per i quali vengono date importanti informazioni relative ai nodi delle diverse istanze, ed alle azioni interne di inviluppo degli elementi omologhi. Queste informazioni sono presenti in CSE sin dai primi anni 2000.
Il comando Crea Listato! crea un file e lo apre automaticamente. Questo file, ASCII (estensione .txt) lista tutte le caratteristiche dei jnodi e dà una prima distinta dei pezzi (ovvero delle membrature) senza tener conto di accorciamenti o allungamenti rispetto al punto di estremo, dei tagli o delle lavorazioni, che sono tipicamente gestite in CSE.
Il comando Apri listato! consente di aprire un listato che sia stato generato in precedenza.
Il listato dei jnodi è molto importante e molto utile, ma ovviamente non può sostituire CSE che è il programma di Castalia espressamente concepito allo scopo di progettare e verificare le connessioni metalliche.