Esistono diverse forme di questo fenomeno complesso. In generale, possiamo distinguere tra l'instabilità globale degli elementi strutturali (colonne snelle in compressione, instabilità flesso-torsionale delle travi inflesse) e l'instabilità locale delle piastre (in compressione o taglio). Al raggiungimento del carico critico, l'elemento cambia forma assumendone una nuova, energeticamente più conveniente: si instabilizza. E questo può accadere anche se la tensione nell'elemento è ben al di sotto della resistenza del materiale di cui è composto. Un ulteriore carico può causare deformazioni significative e in qualche misura imprevedibili, che possono portare alla perdita completa della capacità portante dell'elemento.
IDEA StatiCa è qui per aiutare gli ingegneri con l'instabilità globale e locale degli elementi in acciaio.
Instabilità del collegamento
L'instabilità di solito non è un aspetto rilevante nei giunti; tuttavia, è opportuno verificare che non vi siano problemi di instabilità e che i risultati dell'analisi di resistenza, che utilizza solo un'analisi geometricamente lineare, siano corretti. Naturalmente, quando viene utilizzato un dettaglio non appropriato, l'instabilità può facilmente verificarsi...
IDEA StatiCa Connection è in grado di eseguire un'analisi di instabilità lineare di un modello di giunto. I risultati sono previsti in modi di instabilità. Il carico critico, al quale si verifica l'instabilità del modello perfetto, viene calcolato per ciascun modo di instabilità. Il carico critico è rappresentato da moltiplicatori del carico agente sul giunto. In base al modo di instabilità e al moltiplicatore del carico critico, l'utente può determinare un progetto sicuro contro l'instabilità. Informazioni generali sull'analisi di instabilità in IDEA StatiCa sono disponibili nel nostro Theoretical background.
Cerchi l'analisi di instabilità nell'applicazione? Segui semplicemente il tutorial per EN oppure per lo standard AISC.
A differenza degli altri tipi di analisi, l'analisi di instabilità non fornisce una risposta chiara di superamento/non superamento. Al contrario, i fattori critici del carico devono essere interpretati in base allo standard seguito. E alla fine, è l'ingegnere a decidere se il risultato dell'analisi è accettabile o meno. Consulta le relative sezioni del Theoretical Background: Analisi di instabilità secondo Eurocodice e Analisi di instabilità secondo AISC.
Il valore limite può inoltre differire per le forme di instabilità che si verificano sull'elemento strutturale rispetto alle forme in cui si instabilizza una piastra aggiuntiva nel collegamento. Questo argomento è presentato nel seguente articolo: Instabilità globale vs. instabilità locale. Cosa significa?
Un altro esempio di analisi di instabilità eseguita sul collegamento di un controvento, insieme all'interpretazione dei risultati, è stato presentato in uno dei nostri webinar Connection Wednesdays.
I confronti tra i risultati di IDEA StatiCa Connection e altri strumenti sono disponibili negli esempi di verifica.
Instabilità di elementi a parete sottile (formati a freddo)
Per le sezioni a parete sottile, la situazione è ancora più complicata...
IDEA StatiCa Connection è dedicata principalmente alla verifica di collegamenti tra elementi laminati a caldo, che non sono significativamente influenzati dall'instabilità. L'analisi geometricamente lineare e materialmente non lineare viene eseguita per garantire un calcolo rapido e stabile. Tuttavia, questo tipo di analisi non tiene conto della perdita di stabilità. Se è necessario indagare il comportamento di stabilità, l'esecuzione di un'analisi di instabilità lineare può aiutare a individuare le aree critiche e a fornire un fattore per il punto di biforcazione di Eulero.
L'articolo Elementi a parete sottile (formati a freddo) elenca i fattori importanti da considerare quando si analizzano sezioni a parete sottile in IDEA StatiCa. Inoltre, l'argomento viene trattato nella registrazione del webinar Thin-walled members – buckling issues.
- Esegui un'analisi di instabilità lineare e valuta attentamente ogni forma di instabilità; le prime 5 forme di instabilità presentate potrebbero non essere sufficienti.
- Non fare affidamento sulla plasticità degli elementi a parete sottile; limita invece la tensione di von Mises alla resistenza a snervamento o anche a un valore inferiore.
- Tieni presente che l'instabilità locale non considerata può ridistribuire diversamente le forze interne nei componenti.
- Tieni presente che la rigidezza dei componenti può differire a causa di diverse modalità di rottura o della loro combinazione.
- Tieni presente che le verifiche e i dettagli dei componenti presentati (ad es. bulloni, saldature) seguono le linee guida per elementi standard. Le verifiche normative degli elementi a parete sottile possono variare, e in tal caso le verifiche fornite non sono corrette.
In generale, IDEA StatiCa Connection può essere utilizzato per modellare il comportamento dei collegamenti a parete sottile (formati a freddo), ma per la verifica normativa completa è necessario utilizzare altri strumenti, e la decisione finale deve essere presa come conclusione di diversi metodi e procedure utilizzati.
Instabilità dell'elemento
Due anni fa, IDEA StatiCa ha introdotto una nuova applicazione dedicata alla valutazione del comportamento di instabilità degli interi elementi strutturali. Il modello avanzato e consolidato CBFEM , noto dall'applicazione Connection, è stato implementato in IDEA StatiCa Member per eseguire diversi livelli di analisi. Con questo strumento è possibile eseguire l'analisi geometricamente e materialmente non lineare, considerando anche le imperfezioni geometriche.
Il modello di analisi di Member offre 3 tipi di analisi:
- MNA – Analisi Materialmente Non Lineare, per verificare la tensione/deformazione nelle sezioni lungo l'elemento.
- LBA – Analisi di Instabilità Lineare (stabilità), valuta gli autovalori e gli automodi lineari (fattori critici e forme di instabilità). Sulla base di questi valori, l'ingegnere sceglie quale considerare per l'analisi non lineare GMNIA e inserisce i valori delle imperfezioni geometriche.
- GMNIA – Analisi Geometricamente e Materialmente Non Lineare con Imperfezioni, valuta la tensione/deformazione lungo l'elemento in un'analisi non lineare sia materialmente sia geometricamente (incluse le imperfezioni). Come limite per la verifica normativa è impostata una deformazione plastica del 5%.
Per acquisire familiarità con i fondamenti di IDEA StatiCa Member, consigliamo di leggere il documento IDEA StatiCa Member Theoretical background per comprendere meglio le sue capacità. Naturalmente, sono disponibili diversi video che presentano le potenzialità dello strumento. Puoi iniziare con il webinar introduttivo: IDEA StatiCa Member – Soluzione per l'instabilità.
I tutorial pratici su IDEA StatiCa Member ti aiuteranno a iniziare a utilizzare l'applicazione, sia partendo da zero sia in un flusso di lavoro BIM. Alcune considerazioni importanti sono discusse nella registrazione del webinar What to know before you start using IDEA StatiCa Member application? e in questi due articoli: Impatto delle condizioni al contorno e Imperfezioni.
Il processo di verifica della nuova applicazione è stato completato e gli studi sono stati pubblicati insieme a team universitari. Puoi consultare diversi esempi di verifica.
In sintesi
Quando si affrontano problemi di instabilità in una struttura di ingegneria civile, è sempre necessario fare affidamento sulla propria sensibilità e capacità di giudizio ingegneristica. Tuttavia, IDEA StatiCa può esserti d'aiuto.
- Per la verifica dei collegamenti in acciaio, è disponibile IDEA StatiCa Connection, che consente di verificare non solo la tensione/deformazione ma anche le forme di instabilità più critiche e il relativo carico critico.
- La stabilità globale può essere analizzata in IDEA StatiCa Member, che consente agli ingegneri di eseguire l'analisi geometricamente e materialmente non lineare con imperfezioni per individuare le forme di instabilità e i fattori dell'elemento strutturale.
Entrambe le applicazioni sono disponibili per essere testate con una prova gratuita di 14 giorni.
