PRO_CL4: aspetti teorici ed esempio pratico con l’innovativo applicativo per strutture metalliche con sezioni in classe 4
La classificazione delle sezioni trasversali consente di determinare in che misura resistenza e capacità di rotazione siano limitate dalla tendenza all'instabilità locale. PRO_CL4 permette di farlo con precisione e velocità
PRO_CL4
L’applicativo PRO_CL4, sviluppato da 2SI, rappresenta un'importante innovazione nel campo della progettazione e verifica delle strutture in acciaio. Questo strumento è progettato per la classificazione delle sezioni in acciaio e per la verifica delle sezioni appartenenti alla classe 4, offrendo un ampio ventaglio di applicazioni pratiche, tra cui:
- classificazione delle sezioni semplificata o sulla base delle combinazioni di carico;
- classificazione delle sezioni esposte all’incendio (semplificata o sulla base delle combinazioni di carico);
- calcolo dei parametri efficaci per sezioni in classe 4;
- calcolo del centro di taglio, delle aree resistenti a taglio e del fattore di rigidezza torsionale.
È da sottolineare la versatilità del programma nella definizione della sezione: oltre all’accesso ai profilari più comuni, consente di inserire sezioni di dimensioni personalizzate partendo da quelle del profilario oppure di disegnare sezioni generiche e irrigidimenti con il CAD interno o importando un file esterno.
Nell’immagine seguente è possibile vedere una applicazione della classificazione appena illustrata, nella quale vengono evidenziati in rosso i tratti soggetti a instabilità locale e che pertanto non saranno considerati nel calcolo delle caratteristiche efficaci:
In questa finestra di dialogo è evidenziata la possibilità di optare per
- Classificazione semplificata: con una valutazione preliminare basata su singole sollecitazioni limite elastiche e con il confronto dei requisiti indicati nelle tabelle soprariportate.
- Classificazione per combinazione: considerando le combinazioni di carico effettive, consentendo una verifica più dettagliata e una progettazione ottimizzata.
Entrambi i metodi si basano sulla determinazione dei parametri efficaci illustrata nei paragrafi precedenti.
Inoltre, sono attivabili le opzioni per la classificazione delle sezioni esposte all’incendio e per l’utilizzo del regime tensionale effettivo sia per la classificazione che per il calcolo delle caratteristiche efficaci.
Esempio pratico di calcolo strutturale con PRO_SAP e PRO_CL4
Si riporta un esempio di calcolo di una struttura in acciaio, per la quale viene studiata la sezione ad omega 100*30*15*2.0 in acciaio S235 prevista per gli arcarecci.
La sezione è stata definita e classificata all’interno del nuovo modulo PRO_CL4.
Si riportano di seguito i confronti in termini di classificazione e di sfruttamento ottenuti adottando i metodi implementati nel software.
Classificazione semplificata
La classificazione semplificata considera le componenti di sollecitazione prese singolarmente, quindi viene eseguita la classificazione per solo sforzo normale, e per i singoli momenti flettenti M2+, M2-, M3+, M3-. È possibile effettuare la classificazione semplificata prima di eseguire le analisi della struttura perché basata sulle distribuzioni delle tensioni delle singole componenti di sollecitazione.
Come evidenziato nella tabella, con la classificazione semplificata sono state considerate tutte le tipologie di sollecitazione: sforzo normale e i momenti ad asse verticale (M2) indicano la classe 4, i momenti ad asse orizzontale (M3) indicano la classe 1. La verifica di questa sezione sarà condotta utilizzando la più alta classificazione, ovvero, la classe 4, utilizzando i parametri efficaci della sezione (Aeff, Weff_y e Weff_z) e applicando i momenti di trasporto dovuti allo spostamento del baricentro della sezione efficace rispetto a quella lorda.
Classificazione per combinazione
La classificazione per combinazione considera le sollecitazioni dell’analisi, è quindi disponibile solo a valle del calcolo della struttura. I parametri efficaci vengono ottenuti valutando la distribuzione di tensioni derivante da regimi di pressoflessione e individuando accuratamente le parti di sezione che possono diventare inefficaci.
Si noti che le combinazioni di carico, aventi solo M3 diverso da 0, inducono un regime tensionale che viene rilevato dal programma analogo a quello utilizzato per la classificazione per semplice flessione M3, pertanto la sezione risulta in classe 1.
Utilizzando la funzione di classificazione per combinazione lo sfruttamento della sezione si riduce di oltre il 30%.
È interessante anche osservare cosa succede nel caso in cui gli arcarecci siano soggetti a flessione deviata, ossia anche con flessione attorno al piano verticale.
In questo caso il programma rileva lo stato tensionale di compressione nelle anime e, pertanto, riporta la sezione in classe 4, ma considerando la possibilità di valutare l’incremento dei limiti dei requisiti di classificazione in funzione del reale sfruttamento della sezione, questa può essere ricondotta alla classe 3.
In sintesi, il metodo semplificato è sempre a favore di sicurezza perché considera tutte le possibili componenti di sollecitazione, a prescindere dagli effetti che l’effettiva intensità delle singole componenti o l’interazione tra le stesse può avere, di conseguenza è molto probabile ottenere un sovradimensionamento della struttura. Il metodo per combinazione considera lo stato tensionale che deriva dalle analisi, consentendo di individuare accuratamente le parti di sezione che possono diventare inefficaci.
È evidente che un'analisi accurata di questi aspetti in fase di dimensionamento, è fondamentale per ottimizzare le prestazioni strutturali ed ottenere una riduzione dei costi.
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