Introduzione generale
IDEA StatiCa Member è un software di ingegneria strutturale per la progettazione strutturale e la verifica normativa di elementi in acciaio, inclusi i loro collegamenti e le necessarie travi e colonne circostanti.
Esempi tipici di elementi in acciaio non comuni
Esistono molti ottimi strumenti per la progettazione di telai 3D in acciaio – SAP2000, Robot Structural Analysis, SCIA Engineer, ecc.
Essi coprono quasi tutti i requisiti dei progettisti di strutture in acciaio. Tuttavia, restano ancora molti punti interrogativi. Principalmente in:
- Collegamenti, dettagli, nodi
- Stabilità e instabilità
IDEA StatiCa si concentra sulle parti più complesse delle strutture in acciaio e offre:
- IDEA StatiCa Connection per la verifica di nodi e collegamenti di qualsiasi topologia
- IDEA StatiCa Member per risolvere tutti gli aspetti poco chiari di stabilità e instabilità
Ogni ingegnere strutturale generalmente calcola la struttura in acciaio con un software FEA 3D. Successivamente, deve considerare gli elementi in acciaio uno per uno ed eseguire due verifiche principali per gli elementi in acciaio:
- Verifica della sezione
- Verifica di stabilità
Egli utilizza le forze interne calcolate e applica le formule di analisi definite principalmente nel codice di progettazione nazionale.
Lo stesso approccio viene applicato in Member per l'acciaio.
L'ingegnere strutturale calcola la struttura in acciaio (telaio) con un software FEA 3D. L'elemento analizzato e tutti gli elementi ad esso collegati vengono separati dalla struttura 3D modellata e risolti utilizzando CBFEM.
- L'analisi globale del telaio in acciaio viene eseguita in un software FEA 3D.
- Tutti gli elementi analizzati sono modellati tramite CBFEM.
- Per tutti gli elementi correlati (collegati nei nodi) viene utilizzato un modello più semplice. Gli elementi correlati possono essere vincolati all'estremità.
- Nodi e collegamenti sono progettati nell'interfaccia utente di IDEA StatiCa Connection.
- Sull'elemento è possibile applicare specifiche operazioni di fabbricazione – irrigidimenti trasversali o longitudinali, aperture, tagli...
- I carichi possono essere applicati sugli elementi e alle estremità degli elementi correlati (principio di equilibrio come in Connection).
- L'elemento analizzato è caricato con carichi standard derivati dalle forze interne calcolate (durante l'importazione del modello e delle combinazioni di carico). L'utente può selezionare la posizione del carico, ad esempio sull'ala superiore della trave.
- Gli elementi correlati sono caricati con carichi standard e forze interne alle estremità.
Modello CBFEM di una colonna. Una colonna analizzata, quattro elementi correlati e un modello preciso dell'ancoraggio
Modello CBFEM di una trave alveolare tra due colonne
Il modello di analisi di Member viene creato tramite CBFEM. Member fornisce tre tipi di analisi:
- MNA – Analisi Non Lineare Materiale.
- LBA – Analisi Lineare di Instabilità (stabilità)
- GMNIA – Analisi Non Lineare Geometrica e Materiale con Imperfezioni
Gli ingegneri strutturali possono eseguire in Member, a un livello molto più elevato, la stessa verifica dei flussi di lavoro standard:
- Verifica della sezione: viene utilizzata l'MNA. Viene applicata una verifica di deformazione del 5 %.
- Verifica di stabilità: l'LBA indica la forma del collasso per instabilità e suggerisce come definire l'imperfezione. Successivamente viene utilizzata la GMNIA. Viene applicata una verifica di deformazione del 5 % oppure il raggiungimento del carico massimo (fine della convergenza).
Viene utilizzato lo stesso modello di IDEA StatiCa Connection – il Metodo degli Elementi Finiti Basato su Componenti:
Background teorico di IDEA StatiCa Connection
Descrizione del modello
L'applicazione IDEA StatiCa Member lavora con un modello multilivello della struttura con carichi combinati. L'obiettivo è un'adeguata analisi e verifica degli elementi selezionati della struttura – gli elementi "analizzati".
Altre parti del modello sono:
- Elemento/i correlato/i – tutti gli elementi collegati all'elemento/agli elementi analizzato/i
- Collegamento/i – collegamento/i CBFEM degli elementi analizzati e correlati
- Vincoli di estremità sugli elementi correlati
- Carichi sull'elemento analizzato
- Carichi sugli elementi correlati
- Forze di estremità sugli elementi correlati
Modello CBFEM di un elemento come parte di un sistema di controventamento sismico
L'elemento analizzato viene "isolato" dalla struttura e analizzato separatamente. Tutti i carichi sull'elemento analizzato e sugli elementi correlati devono essere applicati come nel modello 3D dell'intera struttura. Nei punti di "taglio", eseguiti alle estremità degli elementi correlati, le forze interne vengono applicate come azioni sugli elementi. La struttura isolata, caricata in questo modo, è in equilibrio. Ciò significa che, teoricamente, non sono necessari vincoli per il modello analitico. Il modello CBFEM è più preciso di un modello standard di elemento. Questo è un vantaggio, ma causa anche una parziale violazione dell'equilibrio. Pertanto, è utile applicare vincoli alle estremità delle travi correlate. I vincoli dovrebbero essere definiti in modo da consentire alla struttura isolata lo stesso comportamento che avrebbe nell'intera struttura. Il programma lascia questa scelta al giudizio dell'ingegnere strutturale.
Elemento analizzato
L'elemento analizzato è l'elemento oggetto di analisi su cui vengono applicati direttamente i carichi. I carichi sull'elemento analizzato possono essere applicati alla linea d'asse dell'elemento o direttamente alle singole piastre dell'elemento, con l'area reale di carico. Gli elementi analizzati sono modellati completamente con elementi shell.
Modello dell'elemento analizzato
Elementi correlati
Gli elementi correlati sono suddivisi in una parte "moncone" adiacente all'elemento analizzato e una parte semplificata nel resto dell'elemento correlato. Il moncone è modellato con elementi shell (modello CBFEM completo) e le parti semplificate con semplici elementi trave 1D a sei gradi di libertà. Solo la parte necessaria vicina al giunto con l'elemento analizzato (il moncone) è modellata con elementi shell, per velocizzare il calcolo. Le estremità degli elementi correlati sono vincolate mediante restrizioni definite dall'utente di traslazione o rotazione in una direzione arbitraria nel sistema di coordinate locale dell'elemento correlato.
Modello delle travi correlate
Collegamenti
I collegamenti tra gli elementi analizzati e correlati sono definiti correttamente nello stesso modo in cui sono modellati in IDEA StatiCa Connection. Si noti che non vengono verificati in IDEA StatiCa Member, poiché questa applicazione lavora con carichi critici per l'elemento, non per i collegamenti. La corretta verifica dei collegamenti deve essere eseguita in IDEA StatiCa Connection.
Vincoli
IDEA StatiCa Member aggiunge il secondo livello di analisi FEA dell'elemento/degli elementi selezionato/i. Il primo livello viene eseguito nel programma FEA 3D standard. Il secondo livello utilizza le forze interne calcolate nel primo livello. La struttura caricata in questo modo è in equilibrio.
Un modello più preciso (ad es. eccentricità locali degli elementi, lunghezze reali degli elementi...) e in particolare le imperfezioni imposte per l'analisi GMNIA fanno sì che l'equilibrio non venga mantenuto. Si raccomanda un vincolo ragionevole basato sul giudizio dell'ingegnere strutturale.
I vincoli standard possono essere definiti alle estremità degli elementi correlati. Tutte e tre le traslazioni e tutte e tre le rotazioni possono essere eliminate tramite vincolo. I vincoli sono definiti nel sistema di coordinate locale dell'elemento.
Vincoli di estremità su elemento correlato – arcareccio; sono vincolate la direzione x e tutte e 3 le rotazioni
Carichi
L'elemento analizzato (o la porzione di struttura) deve essere caricato come lo è nell'intera struttura. Il peso proprio non viene applicato automaticamente; vengono considerati solo i carichi definiti dall'utente. Vengono applicati i seguenti carichi:
- Carichi lineari sugli elementi analizzati e correlati
- Forze interne nelle sezioni di estremità degli elementi correlati
Carichi lineari
L'ingegnere strutturale conosce molto bene i carichi lineari e i carichi puntuali dai software FEA 3D. Tali carichi sono idealizzati ai fini della modellazione di elementi 1D. Non esistono nella realtà. I carichi reali sono generalmente carichi planari, o superficiali, oppure gli elementi sono caricati tramite i collegamenti con altri elementi.
L'utente può applicare carichi lineari sugli elementi analizzati, ma deve aggiungere ulteriori dettagli – su quale ala o anima è applicato il carico, la larghezza dell'area caricata, ecc. Anche i carichi puntuali è preferibile inserirli come carichi planari di lunghezza e larghezza specifiche.
I carichi lineari sugli elementi correlati vengono applicati in modo standard, come nei software FEA 3D.
Il carico puntuale è inserito come carico lineare con una larghezza specifica
Forze di estremità
Forze interne nelle sezioni di estremità degli elementi correlati. Vengono applicate come azioni sugli elementi correlati. È un procedimento molto simile al caricamento degli elementi nei modelli di collegamento in IDEA StatiCa Connection.
Forze interne come azioni di carico all'estremità dell'elemento correlato
Esempio pratico
Il processo di assemblaggio del modello CBFEM è illustrato nel seguente esempio.
Il progettista deve verificare la resistenza all'instabilità flesso-torsionale di una trave principale in un telaio. Se si utilizza l'approccio standard, l'intero telaio viene calcolato in un software FEA 3D. Successivamente, la trave viene verificata separatamente. Vengono stabilite le condizioni al contorno; i codici normativi generalmente utilizzano l'ipotesi di vincoli rigidi o cernierati. In generale, può essere selezionato anche un vincolo elastico di giunto semi-rigido. Questa decisione è un fattore chiave nella valutazione della resistenza all'instabilità flesso-torsionale e dipende interamente dalla stima del progettista. Le forze interne calcolate vengono confrontate con la resistenza all'instabilità flesso-torsionale determinata mediante formule analitiche.
L'applicazione Member utilizza esattamente gli stessi principi. L'elemento analizzato viene isolato dal modello completo della struttura. Le condizioni al contorno non vengono stimate, ma tutte le parti di collegamento vengono modellate esattamente. Il problema delle condizioni al contorno non è completamente risolto, a causa della necessità di vincolare le estremità degli elementi correlati. I vincoli degli elementi correlati dipendono dalla decisione del progettista, ma la loro influenza sulla resistenza al carico dell'elemento analizzato è di diversi ordini di grandezza inferiore rispetto all'approccio standard.
Esempio del modello di trave principale con giunti, elementi correlati e carichi
L'elemento analizzato AM1 – la trave principale – è caricato da un carico distribuito agente sull'ala superiore. I giunti sono modellati e verificati in IDEA StatiCa Connection.
Le colonne sono gli elementi correlati nel modello. Sono incastrate alla base. Alla sommità, sono vincolate solo in direzione trasversale (y, z). Ciò consente di caricare le colonne con il peso del resto della struttura – in questo esempio, tramite sforzo normale e momento flettente. Le loro entità corrispondono alle forze interne risolte sul modello 3D nel software FEA. Non vi è alcun altro carico agente sulle colonne.
Gli altri elementi correlati sono le travi secondarie. Sono semplicemente appoggiate e i carichi reali vengono applicati lungo tutta la loro lunghezza. Alle loro estremità vengono applicati semplici appoggi, con l'aggiunta del vincolo di rotazione attorno all'asse longitudinale x.
Naturalmente, anche il modello CBFEM è in qualche modo semplificato. Tuttavia, descrive il comportamento dell'elemento analizzato in modo più preciso rispetto all'approccio standard basato su formule analitiche e sulla stima delle condizioni al contorno e del diagramma del momento flettente.
Le figure seguenti mostrano il comportamento atteso della trave principale.
Deformazione della trave principale determinata mediante MNA
Forma modale di instabilità determinata mediante LBA
Analisi
IDEA StatiCa Member è in grado di eseguire tre tipi di analisi:
- Analisi Non Lineare Materiale
- Analisi Lineare di Instabilità
- Analisi Non Lineare Geometrica e Materiale con Imperfezioni
Le prime due analisi possono essere utilizzate per la verifica normativa degli elementi, ad es. utilizzando il Metodo Generale (EN 1993-1-1, Cl. 6.3.4), ma vengono utilizzate soprattutto per la preparazione della terza analisi, la più precisa.
Analisi Non Lineare Materiale (MNA)
Un'analisi statica non lineare dal punto di vista materiale e lineare dal punto di vista geometrico è sufficiente per elementi tozzi privi di problemi di instabilità. L'obiettivo dell'applicazione IDEA StatiCa Member è risolvere elementi complessi, quindi l'analisi MNA generalmente non è sufficiente per una valutazione completa. Questa analisi è necessaria per eseguire gli altri tipi di analisi.
Diagrammi del materiale acciaio nei modelli numerici
Analisi Lineare di Instabilità (LBA)
In questo tipo di analisi la struttura è considerata perfetta, priva di qualsiasi imperfezione geometrica o materiale, e il materiale è elastico. L'analisi lineare di instabilità fornisce il fattore αcr – il moltiplicatore minimo dei carichi di progetto necessario per raggiungere la resistenza critica elastica del componente strutturale. Il fattore determina il carico al quale viene raggiunto il carico critico euleriano di instabilità. Il carico di instabilità reale di una struttura reale, imperfetta, può essere molto più basso, pertanto si raccomanda un ampio margine di sicurezza:
- αcr > 15 – utilizzare l'MNA
- αcr < 15 – utilizzare la GMNIA
Un altro risultato dell'LBA, di pari importanza, è la forma modale di instabilità. Essa fornisce informazioni su quale parte della struttura modellata perde stabilità. L'utente deve verificare tutti i modi di instabilità e selezionare quelli rilevanti per l'applicazione delle imperfezioni. Le forme modali di instabilità rilevanti generalmente causano una deflessione a semionda sinusoidale dell'elemento analizzato o l'instabilità locale di piastre snelle.
Forme modali di instabilità
La forma modale di instabilità fornisce inoltre informazioni su se l'elemento va in crisi per instabilità flessionale attorno all'asse debole o forte, instabilità torsionale (colonne caricate assialmente), instabilità flesso-torsionale (travi inflesse) oppure instabilità locale (elementi con piastre snelle). Si noti che, per strutture complesse, le forme modali di instabilità possono combinare l'instabilità di più elementi con forme diverse. Inoltre, se viene modellato un intero telaio, il telaio si instabilizza nel suo complesso e non le colonne e la trave principale separatamente.
Instabilità flessionale, torsionale, flesso-torsionale
Per calcolare i modi di instabilità, viene utilizzato l'algoritmo di Lanczos.
Una limitazione di questo algoritmo è che, se esistono più forme di instabilità per lo stesso fattore di instabilità o per fattori molto simili, il metodo è in grado di calcolare solo una delle forme. Questo può tipicamente verificarsi con strutture a parete sottile, per le quali le forme corrispondenti a un singolo fattore di instabilità possono assumere molte configurazioni; l'utente dovrebbe essere consapevole di questa limitazione.
Per ogni forma di instabilità esiste sempre una seconda forma con lo stesso fattore di instabilità, ma con deformazione opposta. Questo va tenuto presente quando si combinano le forme per costruire un'imperfezione per la GMNIA – l'utente potrebbe voler utilizzare una forma di instabilità con segno opposto se la forma risultante risulta più critica in combinazione con un diverso modo di instabilità.
Le forme modali di instabilità vengono utilizzate direttamente per l'applicazione delle imperfezioni nel tipo di analisi più sofisticato – la GMNIA.
Analisi Non Lineare Geometrica e Materiale con Imperfezioni (GMNIA)
L'analisi non lineare geometrica e materiale con imperfezioni è il tipo di analisi più sofisticato per il carico statico. Tutte le imperfezioni (spessore variabile delle piastre, mancanza di rettilineità, tensioni residue, disomogeneità del materiale, disallineamento dei vincoli...) sono sostituite da imperfezioni geometriche equivalenti e possono essere impostate utilizzando le forme modali di instabilità calcolate mediante LBA. L'utente seleziona l'ampiezza massima della forma modale di instabilità utilizzata per l'imperfezione. La descrizione delle imperfezioni è riportata nel capitolo successivo.
Interpretazione dei risultati
La maggior parte dei codici di progettazione riconosce due stati limite – di esercizio e ultimo.
Stato limite di esercizio
I codici di progettazione forniscono limiti per la deformazione degli elementi. Questi possono essere verificati confrontando la deformazione dell'elemento analizzato con i limiti stabiliti.
Stato limite ultimo
Lo stato limite ultimo può essere raggiunto tramite il raggiungimento di un valore limite della deformazione principale della membrana – consigliato pari al 5 % – oppure il raggiungimento del carico massimo per elementi soggetti a instabilità. Il carico massimo si raggiunge quando il solutore smette di convergere (poiché il modello è caricato tramite forze e non tramite spostamenti). La fine della convergenza significa che non è più possibile applicare alcun incremento di carico al modello, e l'analisi può interrompersi al di sotto del 100 % del carico definito. Il ramo discendente del diagramma carico-deformazione non può essere colto.
Fine della convergenza nella GMNIA
Imperfezioni
Le imperfezioni sono imprecisioni nei vincoli, tensioni residue negli elementi, spessori variabili delle piastre, mancanza di rettilineità degli elementi, ecc. Tutte queste imperfezioni vengono simulate mediante un'imperfezione geometrica equivalente. Possono essere considerati tre tipi di imperfezione geometrica:
- Imperfezioni globali della struttura
- Imperfezioni locali degli elementi
- Imperfezioni locali delle piastre snelle degli elementi
Esistono linee guida, ad esempio in EN 1993-1-1 e EN 1993-1-5, per ciascun tipo di imperfezione.
Si noti che, in generale, dovrebbero essere analizzate le forme di imperfezione sia con segno positivo che negativo (direzioni diverse). Solo se la geometria è simmetrica, entrambe le direzioni di imperfezione forniscono gli stessi risultati, e ne può essere analizzata solo una.
Imperfezioni globali
Le imperfezioni globali della struttura sono descritte in EN 1993-1-1, Cl. 5.3.2 (3). La struttura dovrebbe essere inclinata sotto forma di imperfezione equivalente di spostamento laterale (sway), secondo la figura seguente.
Imperfezione equivalente di spostamento laterale (da EN 1993-1-1 – Figura 5.2)
L'angolo di imperfezione è:
dove:
- ϕ0 = 1/200 – valore base dell'imperfezione
- – fattore di riduzione per l'altezza h applicabile alle colonne
- h – altezza della struttura in metri
- – fattore di riduzione per il numero di colonne in una fila
- m – numero di colonne in una fila, considerando solo quelle colonne che trasmettono un carico verticale NEd non inferiore al 50 % del valore medio della colonna nel piano verticale considerato
Le imperfezioni globali devono essere applicate alla struttura nel modello di analisi globale per ottenere carichi corretti. Non è necessario applicare le imperfezioni globali anche al modello nell'applicazione IDEA StatiCa Member se, ad esempio, viene analizzata una sola trave.
Imperfezioni locali degli elementi
Le imperfezioni locali degli elementi sono descritte in EN 1993-1-1, Cl. 5.3.2 (3). Le imperfezioni sono considerate nella forma di un'imperfezione locale a freccia con ampiezza e0/L, dove L è la lunghezza teorica dell'elemento (distanza nodo-nodo).
Valori di progetto delle imperfezioni iniziali locali a freccia (da EN 1993-1-1 – Tabella 5.1)
Viene utilizzata l'analisi plastica, quindi deve essere utilizzata la colonna destra della tabella. L'ampiezza e0 dovrebbe essere scelta secondo la tabella sopra per elementi prevalentemente compressi, in cui si prevede instabilità flessionale, torsionale o flesso-torsionale. Se l'elemento è prevalentemente inflesso e la modalità di rottura principale è l'instabilità flesso-torsionale, l'ampiezza e0 può essere ridotta tramite il fattore k = 0,5 secondo EN 1993-1-1, Cl. 5.3.4 (3).
Vengono mostrati due esempi:
Esempio 1: Colonna
Una colonna con lunghezza di 4 m è caricata da forza assiale e presenta αcr = 1,4 per l'instabilità attorno all'asse forte e αcr = 1,5 attorno all'asse debole. Gli altri valori sono significativamente più elevati. Devono essere verificati due casi:
- Instabilità attorno all'asse forte: secondo la Tabella 6.2, viene selezionata la curva di instabilità a, che corrisponde a un'ampiezza di imperfezione e0 / L = 1 / 250 per l'analisi plastica. Pertanto, viene applicata alla prima forma modale di instabilità un'ampiezza di 4000 / 250 = 16 mm. Viene eseguita la GMNIA e vengono valutati gli stati limite.
- Instabilità attorno all'asse debole: secondo la Tabella 6.2, viene selezionata la curva di instabilità b, che corrisponde a un'ampiezza di imperfezione e0 / L = 1 / 200 per l'analisi plastica. Pertanto, viene applicata alla seconda forma modale di instabilità un'ampiezza di 4000 / 200 = 20 mm. Viene eseguita la GMNIA e vengono valutati gli stati limite.
Deve essere utilizzata la resistenza al carico minima. In alternativa, entrambi i modi di instabilità possono essere utilizzati contemporaneamente, il che porta a un risultato più cautelativo e a un tempo di calcolo più rapido.
Esempio 2: Trave
Una trave con luce teorica (distanza nodo-nodo) di 6 m è caricata da un carico trasversale. L'LBA mostra che la prima forma modale di instabilità è l'instabilità flesso-torsionale con αcr = 1,9. Le altre forme modali di instabilità presentano valori di αcr significativamente più elevati. Secondo la Tabella 6.4, viene selezionata la curva di instabilità a, che corrisponde a un'ampiezza e0 / L = 1 / 250. Poiché viene analizzata l'instabilità flesso-torsionale, può essere utilizzato il fattore k0 = 0,5. Viene applicata alla prima forma modale un'ampiezza di 0,5 • 6000 / 250 = 12 mm. Viene eseguita la GMNIA e vengono valutati gli stati limite
Imperfezioni locali delle piastre snelle degli elementi
Se gli elementi sono di classe 4, devono essere applicate anche le imperfezioni locali delle piastre. L'ampiezza dell'imperfezione del pannello dovrebbe essere pari a a / 200, dove a è la luce minore del pannello, secondo EN 1993-1-5, Cl. C.5.
Instabilità locale di piastre snelle
Sebbene la GMNIA dovrebbe essere un'analisi adatta per la valutazione di elementi snelli, attualmente non sono state effettuate verifiche e validazioni sufficienti per confermare che il modello sia sicuro. Pertanto, per il momento non è consigliato utilizzare IDEA StatiCa Member per elementi snelli (classe 4).
Influenza delle imperfezioni sull'analisi numerica delle piastre snelle
Applicazione delle imperfezioni in IDEA StatiCa Member
IDEA StatiCa Member consente di applicare imperfezioni nelle forme modali di instabilità, con ampiezza massima scelta dall'utente in valore assoluto. Generalmente, è sufficiente la prima forma modale di instabilità con l'ampiezza massima secondo la Tabella 5.1 di EN 1993-1-1. Per gli elementi con sezione trasversale di classe 4, devono essere considerate più forme modali di instabilità e deve essere utilizzata una combinazione di almeno due modi di instabilità. In particolare, per un modello con più elementi analizzati, devono essere selezionate diverse forme modali di instabilità.
Le imperfezioni geometriche sono equivalenti e non dovrebbero entrare nella valutazione dei risultati, ad es. la deformazione nello stato limite di esercizio. Pertanto, quando si visualizzano i risultati, vengono mostrate solo le deformazioni dovute al carico su una struttura non deformata dalle imperfezioni.
Progettazione avanzata secondo AISC 360-16
L'AISC 360-16 non fa riferimento diretto alla progettazione di elementi mediante un'analisi agli elementi finiti che utilizza elementi shell, pertanto si raccomanda di utilizzare una guida molto più dettagliata contenuta in EN 1993-1-5. Il Comm. 1.3.3b fa riferimento a ECCS: Ultimate Limit State Calculation of Sway Frames with Rigid Joints (1984), dove viene utilizzato il concetto di imperfezione geometrica equivalente. La progettazione mediante analisi anelastica è trattata nell'Appendice 1.3. L'analisi anelastica deve tenere conto di:
- deformazioni flessionali, a taglio, assiali e torsionali dell'elemento, e di tutte le altre deformazioni dei componenti e dei collegamenti che contribuiscono agli spostamenti della struttura – aspetto coperto dall'uso della GMNIA e dall'elemento costituito da elementi shell
- effetti del secondo ordine (inclusi gli effetti P-Δ, P-δ e di torsione) – aspetto coperto dall'uso della GMNIA
- imperfezioni geometriche – impostate dall'utente utilizzando la forma modale di instabilità dall'analisi LBA
- riduzioni di rigidezza dovute all'anelasticità, incluso lo snervamento parziale della sezione trasversale che può essere accentuato dalla presenza di tensioni residue – non è possibile impostare la tensione residua nell'elemento. Tuttavia, utilizzando l'Appendice 1.3.3c, la modellazione delle tensioni residue può essere sostituita dalla riduzione del modulo elastico, E, e del modulo di taglio, G, di 0,8.
- incertezza nella resistenza e rigidezza del sistema, dell'elemento e del collegamento – aspetto coperto dall'uso di imperfezioni geometriche e dalla riduzione di rigidezza
L'Appendice 1.3.3b afferma: "In tutti i casi, l'analisi deve modellare direttamente gli effetti delle imperfezioni iniziali dovute sia ai punti di intersezione degli elementi spostati dalle loro posizioni nominali (imperfezioni di sistema), sia alla mancanza di rettilineità iniziale o agli scostamenti degli elementi lungo la loro lunghezza (imperfezioni dell'elemento). L'entità degli spostamenti iniziali deve corrispondere al valore massimo considerato nel progetto; la configurazione degli spostamenti iniziali deve essere tale da produrre il massimo effetto destabilizzante."
Le imperfezioni geometriche sono descritte nel Comm. C2.2: "Le imperfezioni geometriche iniziali sono assunte, in via cautelativa, pari alle tolleranze massime di materiale, fabbricazione e montaggio consentite nell'AISC Code of Standard Practice (AISC, 2016a): una mancanza di rettilineità dell'elemento pari a L / 1000, dove L è la lunghezza dell'elemento tra i punti di controvento o di incastro, e una fuori piombo del telaio pari a H / 500, dove H è l'altezza di interpiano."
Si raccomanda di applicare la fuori piombo nel software FEA 3D e la mancanza di rettilineità nell'applicazione IDEA StatiCa Member.
Riepilogo:
Se si decide di utilizzare l'approccio AISC, applicare la fuori piombo H / 500 nel software FEA 3D, la mancanza di rettilineità L / 1000 in Member e ridurre il modulo elastico a trazione/compressione e a taglio del fattore 0,8. Si noti che questa procedura non copre i casi complessi con più fattori di instabilità molto vicini tra loro.
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