Irrigidimento dell'anima del pilastro

Descrizione

L'obiettivo di questo studio è la verifica del metodo degli elementi finiti basato sui componenti (CBFEM) di un irrigidimento dell'anima del pilastro di classe 4 in un giunto trave-pilastro con un modello FEA di ricerca (RFEM) creato nel software Dlubal RFEM e con il metodo delle componenti (CM).

Modello FEA di ricerca

Il modello FEA di ricerca (RFEM) è utilizzato per verificare il modello CBFEM. Nel modello numerico vengono applicati elementi shell quadrilateri a 4 nodi con nodi agli angoli. Viene applicata un'analisi geometricamente e materialmente non lineare con imperfezioni (GMNIA). Le imperfezioni geometriche equivalenti sono derivate dal primo modo di instabilità e l'ampiezza è impostata secondo l'Allegato C della EN 1993-1-5:2006. Il modello numerico è mostrato in Fig. 6.3.1.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.1 Research FEA model of a beam-to-column joint with slender column web stiffener}}}\]

CBFEM

La procedura di progetto per le piastre snelle è descritta nella sezione 3.10. L'analisi lineare di instabilità è implementata nel software. Il calcolo delle resistenze di progetto viene eseguito secondo la procedura di progetto. F_CBFEM viene interpolato dall'utente fino a quando ρ ∙ α_ult,k/γ_M1 è uguale a 1. Viene studiato un giunto trave-pilastro con un irrigidimento dell'anima del pilastro snello. La stessa sezione trasversale è utilizzata per la trave e il pilastro. Lo spessore dell'irrigidimento dell'anima del pilastro varia. La geometria degli esempi è descritta nella Tab. 6.3.1. Il giunto è caricato da un momento flettente.

Tab. 6.3.1 Panoramica degli esempi

Comportamento globale e verifica

Il comportamento globale di un giunto trave-pilastro con un irrigidimento dell'anima del pilastro snello di spessore 3 mm, descritto dal diagramma momento-rotazione nel modello CBFEM, è mostrato in Fig. 6.3.2. L'attenzione è focalizzata sulle caratteristiche principali: resistenza di progetto e carico critico. Il diagramma è completato con il punto in cui inizia la plasticizzazione e la resistenza al 5% di deformazione plastica.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.2 Moment-rotation curve of example t3}}}\]

Verifica della resistenza

La resistenza di progetto calcolata dal software CBFEM Idea StatiCa viene confrontata con RFEM. Il confronto è focalizzato sulla resistenza di progetto e sul carico critico. I risultati sono riportati nella Tab. 6.3.2. Il diagramma in Fig. 6.3.3 c) mostra l'influenza dello spessore dell'irrigidimento dell'anima del pilastro sulle resistenze e sui carichi critici negli esempi esaminati.

Tab. 6.3.2 Resistenze di progetto e carichi critici di RFEM e CBFEM

I risultati mostrano un ottimo accordo nel carico critico e nella resistenza di progetto. Il modello CBFEM del giunto con irrigidimento dell'anima di spessore 3 mm è mostrato in Fig. 6.3.3a. Il primo modo di instabilità del giunto è mostrato in Fig. 6.3.3b.

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{a)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{b)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{c)}}}\]

\[ \textsf{\textit{\footnotesize{Fig. 6.3.3 a) Geometrical model b) First buckling mode c) Influence of stiffener's thickness on resistances and critical loads}}}\]

Gli studi di verifica hanno confermato l'accuratezza del modello CBFEM per la previsione del comportamento dell'irrigidimento dell'anima del pilastro. I risultati del CBFEM sono confrontati con i risultati del RFEM. Tutte le procedure prevedono un comportamento globale simile del giunto. La differenza nella resistenza di progetto è in tutti i casi inferiore al 10%.

Esempio di riferimento

Dati di input

Trave

• Acciaio S235
• Spessore della flangia t_f = 20 mm
• Larghezza della flangia b_f = 400 mm
• Spessore dell'anima t_w = 12 mm
• Altezza dell'anima h_w = 600 mm

Pilastro

• Acciaio S235
• Spessore della flangia t_f = 20 mm
• Larghezza della flangia b_f = 400 mm
• Spessore dell'anima t_w = 12 mm
• Altezza dell'anima h_w = 560 mm
• Altezza della sezione h = 600 mm

Irrigidimento superiore dell'anima del pilastro

• Acciaio S235
• Spessore dell'irrigidimento t_w = 20 mm
• Larghezza dell'irrigidimento h_w = 400 mm

Irrigidimento inferiore dell'anima del pilastro

• Acciaio S235
• Spessore dell'irrigidimento t_w = 3 mm
• Larghezza dell'irrigidimento h_w = 400 mm

Impostazioni normativa – Modello e rete

• Numero di elementi sul lato maggiore dell'anima o della flangia dell'elemento 24

Risultati

• Resistenza plastica CBFEM = 589 kNm
• Resistenza di progetto all'instabilità CBFEM (kNm) = 309 kNm
• Fattore critico di instabilità (per resistenza di progetto all'instabilità = 309 kNm) α_cr = 0,97
• Fattore di carico al 5% di deformazione plastica α_ult,k = Resistenza plastica CBFEM / Resistenza di progetto all'instabilità CBFEM = 589/309 = 1,91