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2023-11-03

Confronto dell'analisi geometrica non lineare e della teoria del secondo ordine per aste in acciaio a torsione

Le strutture in acciaio sono normalmente costituite da elementi snelli, per i quali la stabilità gioca un ruolo importante. In questo contesto, l'analisi geometrica non lineare (GNA) fornisce risultati accurati, tuttavia, il suo utilizzo si traduce in requisiti computazionali più elevati. Di conseguenza, semplificare GNA sarebbe conveniente nella pratica. Un approccio comune chiamato teoria del secondo ordine (SOT) si pone in cui gli sforzi numerici sono ridotti preservando l'accuratezza. Questo studio è quindi riferito alla valutazione fino a quale stadio degli spostamenti di deformazione e delle forze interne possono essere accuratamente descritti secondo SOT anziché GNA, in particolare per carichi di torsione e flessione che possono causare instabilità flesso-torsionale.

Autore
David Bonilla
Università

Università Bauhaus di Weimar, Germania

Diverse analisi numeriche secondo SOT e GNA sono state eseguite utilizzando il software commerciale RFEM. Per le simulazioni, sono state considerate diverse variabili: 4 sistemi strutturali, 2 tipi di EF, 43 profili (38 aperti e 5 chiusi) e 3 carichi esterni. Ogni analisi è stata eseguita 10 volte, in ciascuna, i carichi esterni sono aumentati fino al 100% del valore massimo. Di conseguenza, sono stati analizzati i carichi critici, gli spostamenti, le forze interne e le tensioni.

Si è riscontrato che la discrepanza tra SOT e GNA aumenta all'aumentare degli spostamenti. Lo stesso comportamento si osserva per i carichi, forze maggiori determinano spostamenti maggiori e, di conseguenza, la variazione aumenta tra i due approcci.

Per i profili chiusi, è stata trovata una bassa variazione sia degli spostamenti che delle forze interne. La loro analisi può anche essere semplificata con l'uso di elementi a trave 1D. È stabilito che per i profili chiusi la rotazione sarà limitata alla capacità della sezione. Inoltre, i profili chiusi presentano un comportamento eccellente alla torsione e in questo caso, SOT può essere utilizzato in sicurezza come approssimazione per GNA.

Infine, come risultato dello studio, è stata stabilita una fase in cui SOT fornisce risultati sufficientemente affidabili sotto forma di curve di adattamento, che si trovano per i profili IPE e HEB. Le curve di adattamento rappresentano un modo pratico per stimare quale tipo di analisi dovrebbe essere seguita per le aste in acciaio in flessione e torsione. L'applicazione di SOT o GNA dipende fortemente dal profilo della sezione trasversale e dal livello di carico. Inoltre, anche le condizioni al contorno e i tipi di carico svolgono un ruolo importante. Quest'ultimo, ha mostrato che anche per una diversa distribuzione del carico le curve danno comunque una buona stima. Inoltre, le curve di raccordo IPE possono essere utili anche per i profili UPE.


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