L'instabilità richiede un pensiero critico!

Esistono diverse forme di questo complesso fenomeno. In generale, si può distinguere tra l'instabilità globale degli elementi strutturali (colonne snelle in compressione, instabilità flesso-torsionale di travi inflesse) e l'instabilità locale delle piastre (in compressione o taglio). Al raggiungimento del carico critico, il componente cambia la sua forma in una nuova, energeticamente più conveniente: si instabilizza. E ciò può accadere anche se la tensione nel componente è ben al di sotto della resistenza del materiale di cui è composto. Un ulteriore carico può causare deformazioni significative e in qualche modo imprevedibili, portando potenzialmente alla completa perdita della capacità portante dell'elemento.

IDEA StatiCa è qui per aiutare gli ingegneri con l'instabilità globale e locale degli elementi in acciaio. 

Instabilità del collegamento

L'instabilità di solito non è un problema rilevante nei giunti; tuttavia, è opportuno verificare che non vi siano problemi di instabilità e che i risultati dell'analisi di resistenza, che utilizza solo un'analisi geometricamente lineare, siano corretti. Naturalmente, quando viene utilizzato un dettaglio non appropriato, l'instabilità può facilmente verificarsi...

IDEA StatiCa Connection è in grado di eseguire l'analisi lineare di instabilità di un modello di giunto. I risultati sono presentati sotto forma di modi di instabilità. Per ciascun modo di instabilità viene calcolato il carico critico al quale si verifica l'instabilità del modello perfetto. Il carico critico è presentato tramite moltiplicatori del carico agente sul giunto. In base al modo di instabilità e al moltiplicatore del carico critico, l'utente può determinare una progettazione sicura rispetto all'instabilità. Informazioni generali sull'analisi di instabilità in IDEA StatiCa sono disponibili nel nostro Background teorico.

Stai cercando l'analisi di instabilità nell'applicazione? Segui il tutorial per EN o per lo standard AISC.

A differenza degli altri tipi di analisi, l'analisi di instabilità non fornisce una risposta chiara di superamento/non superamento. Al contrario, i fattori critici del carico devono essere interpretati in base alla normativa seguita. E alla fine, è l'ingegnere a decidere se il risultato dell'analisi è accettabile o meno. Consultare le parti corrispondenti del Background Teorico: Analisi di instabilità secondo l'Eurocodice e Analisi di instabilità secondo AISC.

Il valore limite può anche differire per le forme di instabilità che si verificano sull'elemento strutturale o per le forme in cui una piastra aggiuntiva nel collegamento si instabilizza.  Questo argomento è presentato nel seguente articolo: Instabilità globale vs. instabilità locale. Cosa significa?

Un altro esempio di analisi di instabilità eseguita sul collegamento di una controventatura, insieme all'interpretazione dei risultati, è stato presentato in uno dei nostri webinar Connection Wednesdays.

I confronti dei risultati di IDEA StatiCa Connection con altri strumenti sono disponibili negli esempi di verifica. 

Instabilità degli elementi a pareti sottili (formati a freddo)

Per le sezioni a pareti sottili, la situazione è ancora più complicata...

IDEA StatiCa Connection è principalmente dedicato alla valutazione dei collegamenti di elementi laminati a caldo, che non sono significativamente influenzati dall'instabilità. L'analisi geometricamente lineare e materialmente non lineare viene eseguita per la sua rapidità e stabilità di calcolo. Tuttavia, questo tipo di analisi non tiene conto della perdita di stabilità. Se è necessario analizzare il comportamento di stabilità, l'esecuzione di un'analisi lineare di instabilità può aiutare a individuare le zone pericolose e fornire un fattore per il punto di biforcazione di Eulero.

L'articolo sugli elementi a pareti sottili (formati a freddo) elenca i fattori importanti da tenere in considerazione quando si analizzano sezioni a pareti sottili in IDEA StatiCa. L'argomento è inoltre discusso nella registrazione del webinar Elementi a pareti sottili – problemi di instabilità.

• Eseguire l'analisi lineare di instabilità e valutare attentamente ogni forma di instabilità; le prime 5 forme di instabilità presentate potrebbero non essere sufficienti.
• Non fare affidamento sulla plasticità degli elementi a pareti sottili e limitare invece la tensione di von Mises alla tensione di snervamento o anche a valori inferiori.
• Tenere presente che l'instabilità locale, se non considerata, può ridistribuire le forze interne nei componenti in modo diverso.
• Tenere presente che la rigidezza dei componenti può essere diversa a causa di diversi modi di rottura o della loro combinazione.
• Tenere presente che le verifiche e i dettagli costruttivi dei componenti presentati (ad es. bulloni, saldature) seguono le linee guida per gli elementi standard. Le verifiche normative degli elementi a pareti sottili possono variare, e in tal caso le verifiche fornite non sono corrette.

In generale, IDEA StatiCa Connection può essere utilizzato per modellare il comportamento dei collegamenti a pareti sottili (formati a freddo), ma per la verifica normativa completa è necessario utilizzare altri strumenti, e la decisione finale deve essere presa come conclusione di diversi metodi e procedure utilizzati.

Instabilità degli elementi

Due anni fa, IDEA StatiCa ha introdotto una nuova applicazione dedicata alla valutazione del comportamento di instabilità di interi elementi strutturali. Il modello avanzato e consolidato CBFEM noto dall'applicazione Connection è stato implementato in IDEA StatiCa Member per eseguire diversi livelli di analisi. Con questo strumento è possibile eseguire l'analisi geometricamente e materialmente non lineare, considerando anche le imperfezioni geometriche.

Il modello di analisi di Member prevede 3 tipi di analisi:

• MNA – Analisi Materialmente Non Lineare, per verificare la tensione/deformazione nelle sezioni lungo l'elemento.
• LBA – Analisi Lineare di Instabilità (stabilità), valuta gli autovalori e gli automodi lineari (fattori critici e forme di instabilità). In base a questi valori, l'ingegnere sceglie quale considerare per l'analisi non lineare GMNIA e inserisce i valori delle imperfezioni geometriche. 
• GMNIA – Analisi Geometricamente e Materialmente Non Lineare con Imperfezioni, valuta la tensione/deformazione lungo l'elemento in un'analisi materialmente e geometricamente (incluse le imperfezioni) non lineare. Il 5% di deformazione plastica è impostato come limite per la verifica normativa.

Per familiarizzare con i fondamenti di IDEA StatiCa Member, si consiglia la lettura del Background teorico di IDEA StatiCa Member per una migliore comprensione delle sue capacità. Naturalmente,  esistono diversi video che presentano le potenzialità dello strumento. È possibile iniziare con il webinar introduttivo: IDEA StatiCa Member – Soluzione per l'instabilità. 

I tutorial pratici su IDEA StatiCa Member aiuteranno a iniziare a utilizzare l'applicazione, sia da zero che in un flusso di lavoro BIM. Alcune considerazioni importanti sono discusse nella registrazione del webinar Cosa sapere prima di iniziare a utilizzare l'applicazione IDEA StatiCa Member? e in questi due articoli: Impatto delle condizioni al contorno e Imperfezioni.

Il processo di verifica della nuova applicazione è stato completato e gli studi sono stati pubblicati insieme a team universitari. È possibile consultare diversi esempi di verifica.

In sintesi

È sempre necessario sfruttare il proprio senso critico e il giudizio ingegneristico quando si analizzano i problemi di instabilità di una struttura di ingegneria civile. Tuttavia, IDEA StatiCa può essere d'aiuto in questo. 

• Per la verifica dei collegamenti in acciaio, è disponibile IDEA StatiCa Connection che può verificare non solo la tensione/deformazione, ma anche le forme di instabilità più critiche e il corrispondente carico critico. 
• La stabilità globale può essere analizzata con IDEA StatiCa Member, che consente agli ingegneri di eseguire l'analisi geometricamente e materialmente non lineare con imperfezioni per individuare le forme di instabilità e i fattori dell'elemento strutturale.

Entrambe le applicazioni sono disponibili in una prova gratuita di 14 giorni per essere testate.