Pultruded system for balustrades. Design development through a FEM approach

Nowadays the adoption of new composite materials among the different application field is highly requested, thanks to their several advanced characteristics such as better mechanical properties, higher resistance to corrosion, or good thermal performances. Such products are currently used in construction industry mainly in form of structural profiles, most of which designed according to fabrication experience and producer knowledge. Starting from a simple profile, a glazed balustrade system, applied in most of the modern built environment, the goal of this research is to develop a design method, based upon an engineering approach, to size and verify composite profile produced with pultrusion process. Such a procedure might be developed through a FEM analysis with the support of specific software (Midas FEA NX), most of which does not implement composite materials interfaces. A comparison of the results obtained at first, through the validation model, and then with the actual case study of the balustrade profile, between theoretical output and finite element analysis output gave quite coherent outcomes. Also, both verifications, of pultruded products and of balustrade profile, were carried out according to standards for structural profile. The balustrade system is then developed from the simple profile geometry to fit those which are the specific product requirements. Eventually, considerations about test process that such profiles must undergoes to be applied in construction field is presented.

L’applicazione di materiali compositi in diversi settori ha subito un forte incremento nell’ultima decade, questo fenomeno è dovuto alle riconosciute innumerevoli proprietà di detti materiali, come ad esempio le alte prestazioni meccaniche, l’elevata resistenza alla corrosione e le ottime prestazioni termiche. Questo tipo di manufatti è attualmente impiegato nel settore delle costruzioni sotto forma di profili strutturali, la maggior parte dei quali vengono prodotti secondo linee guida dettate dall’esperienza produttiva e dalla conoscenza pratica degli artigiani del settore. Partendo da una geometria semplice, come quella di un profilo per parapetto in vetro, oggi utilizzato comunemente in diversi progetti edilizi, l’obbiettivo di questo elaborato è quello di definire un metodo, attraverso un approccio ingegneristico, per la progettazione e la verifica di profili compositi prodotti tramite pultrusione. A supporto di questo processo è necessaria l’adozione di sistemi di analisi FEM con software specifici (Midas FEA NX), che spesso non implementano nel sistema di calcolo interfacce per materiali compositi. Confrontando i risultati ottenuti, in primo luogo dalla procedura di validazione del modello, e in secondo dallo specifico caso studio del profilo per parapetto, tra i valori dedotti dal modello e quelli calcolati secondo le teorie dei materiali compositi, si evince che tali valori sono tra loro piuttosto coerenti. Inoltre, entrambi i processi di verifica, per profili pultrusi e per sistemi di parapetto vetrati, sono condotte secondo normative relative a profili strutturali. Il sistema parapetto viene quindi poi elaborato, partendo dalla semplice geometria studiata, per garantire tutte le peculiarità del prodotto. Infine, considerazioni relative alle procedure di test da condurre per l’applicazione di tali profili nell’ambiente costruito, vengono presentate.