La Sezione 8.4.1 [1] elenca i requisiti di stabilità che la progettazione strutturale dovrebbe affrontare utilizzando uno dei metodi. Questi includono deformazioni che contribuiscono alla struttura, effetti di secondo ordine tra cui P-Δ e P-δ, imperfezioni geometriche globali e dei membri, riduzione della rigidità tenendo conto della snervatura dei membri e delle tensioni residue, e infine, incertezza nella rigidità e resistenza della struttura.
Sezione 8.4.3 – Metodo Semplificato di Analisi della Stabilità
Con il metodo semplificato di analisi della stabilità fornito nella 8.4.3 [1], sono elencati solo alcuni requisiti.
Non-linearità Geometriche
Il primo include effetti di secondo ordine sui membri, o P-Δ, che possono essere considerati direttamente nell'analisi. Un metodo di calcolo dell'analisi di secondo ordine è molto comune con molti programmi di analisi strutturale oggi. L'alternativa è amplificare tutti i carichi assiali dei membri e i momenti flettenti ottenuti da un'analisi di primo ordine con il fattore U2 definito in 8.4.3.2(b) [1]. Questo approccio può essere più adatto per calcoli manuali, o se il software di analisi strutturale non include automaticamente gli effetti P-Δ.
Imperfezioni Geometriche
I carichi laterali notazionali sono il secondo elemento elencato nel metodo semplificato nella Sezione 8.4.3.3 [1]. Questo carico applicato è pari a 0,005 volte il carico gravitazionale totale ponderato al piano considerato e dovrebbe essere distribuito in modo simile al carico gravitazionale. I carichi notazionali sono sempre applicati nella direzione che genera il maggior effetto destabilizzante. Ciò significa che tali carichi dovrebbero essere applicati nella stessa direzione di un carico di vento laterale per generare le massime deformazioni e forze interne sulla struttura.
Appendice O.2 – Effetti di Stabilità nell'Analisi Elastoplastica
In alternativa all'approccio semplificato di analisi della stabilità sopra, gli ingegneri possono utilizzare l'Appendice O.2 per soddisfare i requisiti di stabilità stabiliti nella Sezione 8.4.1 [1]. Questo approccio è stato aggiunto allo standard 2019 e ha molte somiglianze con il metodo di analisi diretta del manuale di progettazione dell'acciaio statunitense AISC 360-16 Ch. C.
Non-linearità Geometriche
Le non-linearità geometriche, o effetti di secondo ordine, sono affrontate nella O.2.2 [1]. Come il metodo semplificato, un'analisi di secondo ordine può essere eseguita direttamente, che include gli effetti dei carichi agendo nei punti di intersezione spostati dei membri (effetti P-Δ). Inoltre, dovrebbero essere considerati gli effetti dei carichi assiali che agiscono sulla forma deviata del membro lungo la lunghezza (P-δ). Sono previste disposizioni nella O.2.2 [1] dove P-δ può essere trascurato completamente. D'altra parte, se P-δ è incluso direttamente nell'analisi, il fattore U1 può essere impostato a 1,0 utilizzato nella Sezione 13.8 - Progettazione di membri in compressione assiale e flessione [1].
Imperfezioni Geometriche
Le imperfezioni geometriche dei membri come la deviazione dalla linea retta o imperfezioni geometriche locali come deviazione dalla linea retta degli elementi per i membri non devono essere considerate quando si progetta secondo la Sezione O.2 [1]. Tuttavia, le imperfezioni geometriche globali dovrebbero essere considerate con modellazione diretta o con l'uso di carichi laterali notazionali. C'è però l'eccezione che queste imperfezioni geometriche globali possono essere trascurate solo per le combinazioni di carico laterale, se soddisfano i requisiti stabiliti nella Sezione O.2.3.1 [1]. I requisiti includono che i carichi gravitazionali della struttura sono supportati principalmente da elementi strutturali verticali e il rapporto tra il massimo drift di piano di secondo ordine e il drift di piano di primo ordine utilizzando la rigidità ridotta dei membri secondo la Sezione O.2.4 [1] non supera 1,7 a nessun livello dei piani.
Quando l'ingegnere non può trascurare queste imperfezioni, può essere usato il primo metodo della modellazione diretta. I punti di intersezione dei membri dovrebbero essere spostati dalle loro posizioni originali. L'ampiezza di questo spostamento iniziale è stabilita nella Sezione 29.3 [1] e applicata nella direzione di maggiore destabilizzazione, che per la maggior parte delle strutture edilizie è una tolleranza di 1/500 per la verticalità delle colonne. Il problema significativo con questo metodo è l'elevato numero di scenari modellistici che devono essere considerati. Teoricamente, sono necessari quattro spostamenti nelle quattro diverse direzioni a ciascun livello di piano. Se gli effetti di deviazione dalla linea retta dei membri sono anche accoppiati con la non verticalità delle colonne, ciò aggiunge molti più scenari modellistici da considerare per raggiungere il massimo effetto destabilizzante.
Il metodo alternativo e preferito per le imperfezioni geometriche globali è applicare carichi laterali notazionali. Questo metodo è consentito solo quando i carichi gravitazionali sono supportati principalmente da elementi strutturali verticali. I carichi laterali notazionali sono stati trattati in precedenza in questo articolo e sono applicati nello stesso modo dell'analisi di stabilità semplificata nella Sezione 8.4.3.2 [1]. Tuttavia, l'ampiezza è ridotta da 0,005 a 0,002 volte il carico gravitazionale ponderato al piano rilevante. La riduzione della magnitudo è consentita nella Sezione O.2.3.3, poiché questi carichi notazionali tengono conto solo delle imperfezioni geometriche globali, mentre i carichi notazionali nella Sezione 8.4.3.2 [1] considerano anche gli effetti di inelasticità e altre incertezze.
Effetti di Inelasticità
Per tenere conto degli effetti di inelasticità e anche per considerare le imperfezioni geometriche iniziali dei membri o locali, nonché l'incertezza nella rigidità e resistenza, la rigidità assiale e flessionale dei membri ridotti secondo le seguenti equazioni nella Sezione O.2.4 [1] dovrebbe essere applicata ai membri che contribuiscono alla stabilità laterale.
(E A)r = 0,8 τb E A (E I)r = 0,8 τb E I Dove, Cf / Cy < 0,5 ; τb = 1,0 Cf / Cy > 0,5 ; τb = 4 Cf / Cy (1 - Cf / Cy)
Per evitare distorsioni localizzate, lo standard suggerisce di applicare questa riduzione della rigidità a tutti i membri. Inoltre, quando la rigidità al taglio (GA) e la rigidità torsionale (GJ) contribuiscono significativamente alla stabilità laterale, dovrebbe essere considerata la riduzione della rigidità. La riduzione della rigidità non dovrebbe essere usata quando si analizzano le derive, le deflessioni, le vibrazioni o le vibrazioni naturali.
Applicazione dell'Appendice O.2 in RFEM
Il programma FEA RFEM ha incorporato i più recenti requisiti di stabilità dello standard CSA S16:19 secondo le nuove disposizioni dell'Appendice O.2.
Non-linearità Geometriche
Gli effetti di secondo ordine stabiliti nella Sezione O.2.2 [1] sono considerati direttamente per ogni caso di carico o combinazione di carico quando il metodo di calcolo è impostato su "analisi di secondo ordine".
Non solo gli effetti P-Delta sono inclusi per l'analisi dei membri, ma anche P-δ è considerato. Pertanto, il fattore U1 può essere impostato a 1,0 specificato nella Sezione 13.8 direttamente nel modulo di progettazione dei membri RF-/STEEL CSA.
Imperfezioni Geometriche
L'utente RFEM ha l'opzione di modellare direttamente le imperfezioni geometriche globali spostando i punti o i nodi delle intersezioni dei membri. Tuttavia, per garantire che questo metodo crei il massimo effetto destabilizzante, saranno necessari più modelli con vari scenari. Questo è piuttosto dispendioso in termini di tempo e laborioso.
L'approccio alternativo è applicare carichi notazionali con le opzioni di imperfezione all'interno di RFEM. Questa finestra di dialogo ora include il CSA S16:19 nelle opzioni a tendina. Il carico notazionale è applicato all'estremità del membro (cioè, alla sommità della colonna) con una magnitudine pari a 0,002 (o 0,005 se si utilizza il metodo di stabilità semplificato) moltiplicata per la forza assiale del membro (carico gravitazionale applicato al membro). Una forza uguale e opposta è applicata internamente all'estremità opposta del membro per evitare tagli alla base non realistici della struttura.
Questi casi di carico di imperfezione possono essere applicati in RFEM con specifici casi di carico laterale per produrre la maggiore azione destabilizzante mentre si evita la generazione di combinazioni di carico che non saranno controllanti e aumenteranno ulteriormente il tempo di calcolo (cioè, i carichi notazionali nella direzione X dovrebbero essere applicati solo con i carichi di vento nella direzione X). Inoltre, le imperfezioni possono essere disattivate completamente per espressioni di combinazione di carico come la serviceabilità mentre si applicano ancora alle combinazioni di resistenza.
Effetti di Inelasticità
La scheda modifica la rigidità dei membri ora include lo standard CSA S16:19. Quando questa opzione è selezionata, il fattore di modifica 0,8 e il fattore τb calcolato viene applicato direttamente alla rigidità flessionale e assiale del membro. Gli utenti hanno anche l'opzione di applicare ulteriori riduzioni alla rigidità torsionale e al taglio del membro.
Poiché la riduzione della rigidità dei membri non dovrebbe essere considerata per il progetto di serviceabilità (cioè, le deflessioni), RFEM consente agli utenti di disattivare tutte le modifiche alla rigidità dei membri per le combinazioni di carico di serviceabilità, lasciando attive queste per le combinazioni di resistenza.
Sommario
Gli aggiornamenti significativi del progetto di stabilità secondo l'Appendice O.2 nel più recente manuale di progettazione dell'acciaio canadese CSA S16:19 sono ora completamente incorporati nel flusso di lavoro di analisi RFEM. Questi aggiornamenti includono principalmente la possibilità di considerare i carichi notazionali come imperfezioni, nonché le rigidità dei membri ridotte secondo il CSA S16:19. Per vedere questi nuovi aggiornamenti dimostrati in un dettagliato video esemplificativo, guarda il webinar CSA S16:19 Progettazione dell'Acciaio in RFEM.
