Flambaj lateral-torsional

Ce este flambajul lateral-torsional și care este cauza acestuia?

Flambajul lateral-torsional (LTB) reprezintă deformarea unei grinzi necontravântuite sub acțiunea încărcărilor aplicate în afara axei sale longitudinale – atât deplasare laterală, cât și răsucire.

Grinzile metalice necontravântuite sunt grinzi a căror talpă comprimată este liberă să se deplaseze (sau să se deformeze) în direcție laterală și să se rotească. Dacă aplicăm această teorie unei grinzi simplu rezemate, talpa comprimată este talpa superioară. Pe măsură ce această talpă se deformează lateral, talpa întinsă încearcă să mențină grinda dreaptă și generează forțe de „restabilire" datorate încovoierii laterale a grinzii. Cu toate acestea, aceste forțe singure nu pot menține grinda dreaptă. Rezistența grinzii la LTB este determinată de forțele de restabilire și de componenta laterală a forțelor de întindere din talpa întinsă.

Interacțiunea dintre forțele din talpa comprimată și cea întinsă determină răsucirea unei grinzi necontravântuite. Rezistența la această răsucire depinde de rezistența la torsiune a secțiunii grinzii. Grinzile cu tălpi groase, de exemplu, au o rezistență la torsiune mai mare decât cele cu tălpi mai subțiri, pentru orice înălțime dată. Există și alte secțiuni care oferă o rezistență mai mare (RHS/SHS), acestea fiind adesea utilizate în situații în care există necesitatea unor deschideri mari pentru preluarea încărcărilor verticale (de exemplu, goluri cu uși pliante), care sunt predispuse la efecte de forțe în afara planului.

Pentru a vedea cum se propagă cedarea prin LTB, urmăriți acest video.

Ce factori influențează LTB?

Există trei factori principali:

1. Poziția încărcării aplicate
2. Distribuția momentului încovoietor
3. Condițiile de rezemare la capete

Poziția încărcărilor aplicate

Efectul LTB este guvernat de distanța dintre poziția încărcării aplicate și centrul de forfecare al secțiunii grinzii.  Secțiunea este mai predispusă la LTB dacă încărcarea este aplicată deasupra centrului de forfecare.  Efectul este mai redus dacă încărcarea este aplicată la nivelul centrului de forfecare, iar dacă este aplicată sub acesta, grinda are șanse reduse de a suferi LTB.

[Notă] Centrul de forfecare este un punct al secțiunii grinzii în care încărcările aplicate nu provoacă răsucirea acesteia.  Acesta depinde de forma secțiunii transversale. Centrul de forfecare și centrul de greutate coincid pentru o secțiune simetrică.  Acestea pot să nu coincidă pentru o secțiune nesimetrică. Calculul centrului de forfecare pentru o secțiune dată implică un anumit aparat matematic, dar din fericire inginerii utilizează software și au tabele la care se pot referi!

Distribuția momentului încovoietor

O secțiune cu moment încovoietor uniform pe lungimea sa are o rezistență la flambaj mai mică comparativ cu o distribuție diferită a momentului încovoietor.

Condițiile de rezemare la capete

Rezistența la LTB a unei secțiuni de grindă crește pe măsură ce rezemările de la capete devin mai rigide. Comparați o grindă rezemată pe un bloc de piatră cu o grindă încastrată într-un perete de beton. Aceasta din urmă are o constrângere mai mare la capete decât prima. Una este liberă să se rotească, cealaltă nu.

Considerații de proiectare

Asigurarea unui contravântuire laterale eficiente poate reduce considerabil dimensiunea grinzii. Contravântuirea completă poate fi realizată prin acțiunea compozită a unei plăci de beton. Contravântuirea parțială poate fi obținută prin utilizarea grinzilor intermediare.  De asemenea, pot fi utilizate contravântuiri – de dimensiuni suficiente și amplasate corespunzător.

Toate acestea sunt valabile pentru proiectarea elementelor, dar ce se întâmplă în cazul proiectării îmbinărilor?

Reacțiunile efective rămân aceleași indiferent de contravântuirea la LTB, însă elementul are o fixitate suplimentară datorită acestei contravântuiri.  Dacă ignorăm acest lucru, proiectarea îmbinării ar fi supraestimată.

În noua versiune a IDEA StatiCa (versiunea 22.0) am introdus o nouă operație – Lateral Torsional Restraint – pentru a permite utilizatorilor noștri să țină cont de acest aspect, dacă doresc.

Găsiți mai multe informații despre funcția Lateral Torsional Restraint. Această operație evită torsiunea elementului în îmbinare și permite o proiectare mai economică, menținând în același timp siguranța necesară.