Svergolamento degli elementi – Carico nel centro di taglio
Descrizione del modello di analisi
Con l'inclusione degli elementi condensati nel modello di analisi, gli elementi sono diventati molto più lunghi. In IDEA StatiCa Connection versione 20.1 e precedenti, gli elementi avevano, per impostazione predefinita, una lunghezza di 1,5×h per le sezioni aperte e 2×h per le sezioni chiuse. Le estremità degli elementi costituiti da elementi shell erano irrigidite da collegamenti, attraverso i quali viene applicato il carico. Questi collegamenti rendono l'estremità dell'elemento rigida allo svergolamento.
In IDEA StatiCa Connection versione 21.0 e successive, gli elementi condensati vengono aggiunti dietro le parti degli elementi costituiti da elementi shell. L'elemento condensato ha le stesse proprietà come se fosse composto da elementi shell con proprietà del materiale elastico. La lunghezza dell'elemento condensato è 4×h per il tipo di analisi tensione-deformazione. I carichi vengono applicati all'estremità degli elementi condensati, quindi i collegamenti sono molto meno influenzati dall'irrigidimento. Il modello è più efficace e consente di ridurre la lunghezza predefinita degli elementi costituiti da elementi shell a 1,25×h sia per le sezioni aperte che per quelle chiuse.
Per ulteriori informazioni sull'argomento, consultare l'articolo Superelementi condensati - invisibili ma essenziali.
Ciò significa che le lunghezze degli elementi con le impostazioni predefinite sono aumentate da 1,5×h a 5,25×h e da 2×h a 5,25×h rispettivamente per le sezioni aperte e chiuse. Lo svergolamento si sviluppa lungo la lunghezza dell'elemento, secondo la teoria di Vlasov, e il momento di svergolamento non aumenta linearmente ma piuttosto esponenzialmente.
Quindi nelle versioni precedenti (20.1 e inferiori), il momento di svergolamento aveva un effetto ridotto, ma ora può essere molto rilevante; è ora circa 6,5 volte più elevato se lo svergolamento è vincolato nel collegamento. Naturalmente, anche lo sfruttamento di piastre, bulloni e saldature aumenta di conseguenza.
Si noti che il momento di svergolamento dipende dalla lunghezza dell'elemento, dal punto di applicazione del carico, dalle condizioni al contorno ad entrambe le estremità, nonché da eventuali appoggi intermedi o irrigidimenti. L'utente deve quindi essere consapevole che il momento di svergolamento è ancora impreciso. Semplicemente ora l'elemento è più lungo, quindi è più vicino all'entità reale se la torsione può essere giustificata.
L'elemento si svergolerà davvero?
La domanda fondamentale è se la torsione e lo svergolamento di un elemento siano realmente possibili. Spesso, la flangia superiore dell'elemento è trattenuta da un solaio che vincola efficacemente qualsiasi torsione dell'elemento. In tal caso, la torsione e lo svergolamento possono essere trascurati e non è necessario progettare l'elemento e il suo collegamento per resistere a queste forze.
Se le flange superiori di questi arcarecci sono effettivamente vincolate contro lo spostamento laterale, questo modo di collasso non è rilevante e le forze interne devono essere modificate di conseguenza.
Come eliminare il momento torcente indesiderato?
Esistono due modi per trascurare il momento torcente nell'applicazione Connection.
Esaminiamo ciascuna opzione singolarmente.
Calcolo del momento torcente equivalente
Tutti gli elementi sono caricati attraverso il loro baricentro. Per le sezioni trasversali doppiamente simmetriche (ad es. sezioni I, H, RHS, CHS), il baricentro si trova nella stessa posizione del centro di taglio. Se il carico passa attraverso il centro di taglio, la forza di taglio non genera alcuna torsione aggiuntiva.
Tuttavia, per altri elementi con un solo asse di simmetria o privi di simmetria, la posizione del centro di taglio è spostata rispetto al baricentro. Il carico di taglio viene applicato attraverso il baricentro e viene generato un momento torcente. Questo momento torcente è uguale alla forza di taglio moltiplicata per la distanza tra il baricentro e il centro di taglio.
Se un ingegnere assume che l'elemento non possa ruotare, questo momento torcente deve essere bilanciato da un momento torcente opposto negli effetti del carico applicato. Si tenga presente che questo momento torcente di bilanciamento verrà mostrato nelle forze non bilanciate quando si utilizza l'opzione Carichi in equilibrio.
Ora mostriamo un esempio pratico.
Abbiamo un collegamento con una trave a sezione U. Vedere la sezione trasversale, le sue caratteristiche e i carichi nell'immagine seguente.
Ad esempio, questa trave si torce e mostra un andamento di tensioni e deformazioni non realistico, con conseguente influenza sulle verifiche normative. In realtà, la trave è impedita dalla torsione lungo tutta la sua lunghezza, quindi non dovrebbe esserci tale effetto.
Per correggere il modello, è necessario calcolare un momento torcente contrario equivalente M'x e aggiungerlo agli effetti del carico per questo elemento. In questo esempio, per LE1, il momento M'x = Vz * y0 = 1502 * 0,113 = 170 kNm deve essere aggiunto in più.
Si tenga presente che la decisione di bilanciare o meno la torsione spetta all'ingegnere. Esistono clausole nelle normative o pubblicazioni che possono essere di aiuto.
Operazione di vincolo flesso-torsionale laterale
L'altro modo per stabilizzare un elemento è utilizzare l'operazione di vincolo flesso-torsionale laterale.
Per ulteriori informazioni sulla funzionalità, leggere i seguenti articoli: