Base di conoscenza

Miglioramenti al modello di analisi in IDEA StatiCa versione 21.0

Steel

Connection

Member

AISC (USA)

CBFEM

EN (Eurocode)

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Tradotto dall'intelligenza artificiale dall'inglese

Per IDEA StatiCa Connection e Member, il modello è stato migliorato mediante l'inserimento di un elemento condensato alle estremità dei tronconi corti degli elementi. L'elemento condensato simula il comportamento elastico della parte dell'elemento. I tronconi corti degli elementi simulati con elementi shell possono ora essere più corti, il che porta a tempi di calcolo ridotti.

Il modello del collegamento è notevolmente migliorato mediante l'inserimento dell'elemento condensato. Questo elemento viene aggiunto oltre l'estremità dell'elemento e ha le stesse proprietà del modello shell elastico dell'elemento. È un solo elemento, ma consente qualsiasi deformazione elastica e tensione di svilupparsi alle estremità dell'elemento. Per questo motivo, la parte dell'elemento costituita da elementi shell può essere più corta e migliorare comunque il comportamento del modello. La lunghezza predefinita delle sezioni aperte e cave modellate con elementi shell è ridotta a 1,25 × la dimensione esterna maggiore della sezione trasversale. La lunghezza dell'elemento condensato è 4 × la dimensione esterna maggiore della sezione trasversale (il superelemento non è visibile per l'utente finale). L'unica differenza riguarda le analisi di instabilità lineare e di rigidezza, dove la lunghezza dell'elemento condensato è 0,5 × la dimensione esterna maggiore della sezione trasversale. Il motivo è mantenere le forme dei modi di instabilità nelle piastre interne del collegamento piuttosto che negli elementi.

I principali vantaggi di questa modifica sono:

Tempi di calcolo più rapidi del 30% (in media su un gran numero di progetti)
Visualizzazione più rapida dei risultati
Modellazione più accurata dei collegamenti di sezioni cave

Questa modifica è stata originariamente apportata per migliorare l'analisi dei collegamenti di sezioni cave, ma i vantaggi si applicano a tutti i modelli.

Quali sono le principali conseguenze? Alcuni risultati cambiano tra le versioni; tuttavia, IDEA StatiCa esegue un gran numero di test automatizzati. Nella grande maggioranza dei casi, la differenza nei risultati è stata inferiore all'1%. Tuttavia, in alcuni casi le differenze sono maggiori. Questi casi sono:

La sezione trasversale si deforma all'estremità del modello shell

Questo effetto è stato il motivo principale per cui è stata apportata la modifica. La sezione trasversale può ora deformarsi alle estremità del modello costituito da elementi shell. I giunti di sezioni cave richiedono elementi relativamente lunghi – fino a 10 volte il diametro della sezione trasversale. In caso contrario, le condizioni al contorno possono influenzare la resistenza del giunto. Introducendo l'elemento condensato oltre la parte del modello costituita da elementi shell, il calcolo è molto più rapido con la stessa precisione.

Si noti che l'elemento condensato ha solo proprietà elastiche. Le deformazioni plastiche non dovrebbero raggiungere le estremità dell'elemento. In caso contrario, possono influenzare la resistenza del collegamento.

I tronconi corti degli elementi più corti non snervano alle estremità

Questo è un problema con, ad esempio, mensole di colonna caricate pesantemente a taglio da una forza molto vicina al collegamento. Avendo elementi più corti, il momento flettente all'estremità dell'elemento è ridotto.

Se il troncone corto dell'elemento continua a collassare per flessione, la soluzione alternativa è modellare l'elemento tramite l'elemento di irrigidimento e utilizzare un elemento fittizio per applicare la forza di taglio.

Torsione

L'ingobbamento era vincolato dai vincoli multipunto che collegano il nodo con l'estremità della trave. Questi vincoli sono utilizzati per imporre i carichi nel modello. Ora, l'elemento condensato sposta i vincoli più lontano e l'elemento è in grado di deformarsi. Ciò comporta un maggiore bimomento (momento di ingobbamento) nel collegamento.

Questo è spesso il caso di un giunto unilaterale della trave secondaria alla trave principale. Si noti che la verifica dell'elemento deve essere eseguita altrove e che il bimomento causato dall'ingobbamento è molto spesso trascurato dai pacchetti software, ma deve essere preso in considerazione. La resistenza all'ingobbamento degli elementi a sezione aperta è sorprendentemente bassa.

Carico semplificato / Carichi in equilibrio

Quando si utilizza il carico semplificato e l'elemento continuo è selezionato come portante, le forze interne sono diverse perché le lunghezze degli elementi sono cambiate da 1,5 × h a (1,25 + 4) × h.

Le forze interne sono diverse
Il pannello d'anima della colonna a taglio è caricato più pesantemente. Tuttavia, l'opzione carichi in equilibrio è necessaria per cogliere correttamente il comportamento dell'elemento continuo.

L'uso dei carichi in equilibrio è sempre raccomandato.

Resistenza flessionale shell ridotta per le sezioni cave

Le resistenze dei giunti di sezioni cave nelle normative sono determinate dal Metodo dei Modi di Collasso che utilizza modelli di interpolazione determinati da esperimenti e modelli numerici avanzati. Questo metodo di progettazione è implementato in tutte le normative. Al momento, lo stato dell'arte più recente è in una bozza di prEN 1993-1-8:2022. La struttura reale contiene imperfezioni iniziali e tensioni residue, che non sono catturate dai modelli shell in IDEA StatiCa Connection. Per ottenere una maggiore conformità con i risultati delle normative, l'influenza delle tensioni residue e delle imperfezioni iniziali è stata introdotta nei modelli IDEA StatiCa riducendo la resistenza flessionale degli shell delle sezioni cave con un elevato rapporto D/(2t). Ciò consente di ridurre la resistenza dei modi di collasso dei giunti mantenendo la resistenza normale e flessionale degli elementi a sezione cava. La riduzione della resistenza plastica degli elementi shell dipende dal fattore \(\gamma = \frac{D_0}{2t_0}\):

Queste modifiche combinate ci hanno permesso di ottenere una buona concordanza con i risultati del Metodo dei Modi di Collasso (FMM) contenuto nelle normative di progettazione. La conformità tra IDEA StatiCa Connection e FMM è mostrata nelle figure seguenti.

Sezioni circolari cave

Giunto T, forza normale, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Giunto T, momento flettente nel piano, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Giunto T, momento flettente fuori piano, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Giunto Y, forza normale, angolo \(\theta = 60 ^\circ\)

Giunto Y, momento flettente nel piano, angolo \(\theta = 60 ^\circ\)

Giunto Y, momento flettente fuori piano, angolo \(\theta = 60 ^\circ\)

Giunto X, forza normale, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Giunto X, forza normale, angolo \(\theta = 60 ^\circ\)

Giunto X, forza normale, angolo \(\theta = 30 ^\circ\)

Giunto K, forza normale, angolo \(\theta = 45 ^\circ\)

Sezioni cave quadrate

Giunto T, forza normale, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Si noti che la riduzione della resistenza dovuta al carico nel corrente non è considerata nel modello FMM. Questa è la spiegazione della differenza nei risultati.

Giunto T, momento flettente nel piano, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Giunto T, momento flettente fuori piano, angolo \(\theta = 90 ^\circ\)

Giunto Y, forza normale, angolo \(\theta = 60 ^\circ\)

Si noti che la riduzione della resistenza dovuta al carico nel corrente non è considerata nel modello FMM. Questa è la spiegazione della differenza nei risultati.

Giunto Y, forza normale, angolo \(\theta = 30 ^\circ\)

Si noti che la riduzione della resistenza dovuta al carico nel corrente non è considerata nel modello FMM. Questa è la spiegazione della differenza nei risultati.