Asta di legno soggetta a compressione perpendicolare alla fibratura secondo NDS 2018 e CSA O86:19

Articolo tecnico sul tema Analisi strutturale con Dlubal Software

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Una situazione standard nel caso di strutture con aste in legno è l'abilità di collegare aste più piccole con un'asta-trave principale più grande. Inoltre, le condizioni del fine asta possono includere una situazione simile in cui la trave poggia su un tipo di vincolo esterno. In entrambi gli scenari, la trave deve essere progettata per considerare la capacità portante perpendicolare alla fibratura secondo NDS 2018 [1] cap. 3.10.2 e CSA O86:19 [2] Clausola 6.5.6 e 7.5.9. Nel software di progettazione strutturale generale, in genere non è possibile eseguire questo controllo completo poiché l'area del vincolo esterno è sconosciuta. Tuttavia, nella nuova generazione di RFEM 6 e nell'add-on Verifica legno, la funzione aggiunta 'Vincolo esterno di progetto' consente agli utenti di conformarsi alla norma NDS e CSA per le verifiche in presenza di carichi perpendicolari alla fibratura.

Limitazioni del software

In tutti i programmi di verifica FEA generali incluso RFEM, ogni asta è rappresentata da un singolo elemento lineare situato al baricentro della sezione. Questo è indicato come vista di rendering 'wireframe'. L'asta include informazioni interne come le proprietà del materiale e le proprietà geometriche, compresa la larghezza e l'altezza, da utilizzare sia nell'analisi che nei calcoli di verifica. Tuttavia, quando si modellano le aste che si intersecano, il programma non ha informazioni immediate su come le aste che si intersecano siano orientate l'una rispetto all'altra o, nel caso di aste che si appoggiano l'una sull'altra, l'area di vincolo è sconosciuta. Il programma è a conoscenza solo di questi elementi lineari collegati in un singolo punto nodale.

Quando aste di piccole dimensioni sono collegate ad aste-trave più grandi mediante appoggio sulla faccia superiore o quando le aste sono vincolate ad una delle estremità, o lungo la lunghezza, da un tipo di vincolo esterno, la tensione dell'asta perpendicolare alla fibratura dovrebbe essere inclusa nelle verifiche. La sezione NDS. 3.10.2 [1] e CSA O86 clausola 6.5.7 e 7.5.9 [2] verifiche per i cuscinetti perpendicolare alla fibratura, entrambi richiedono che sia nota l'area portante netta. A causa di questo requisito, il software di verifica può rinunciare a fattori importanti come il coefficiente dell'area del vincolo esterno, Cb, [1], il coefficiente della lunghezza del vincolo esterno, KB, < a href="#Refer">[2], o la verifica sarà del tutto ignorata.

Con 'Vincolo esterno di progetto', la nuova funzione in RFEM 6, ora è possibile definire tali informazioni ed eseguire tutte le verifiche per la tensione di compressione perpendicolare alla fibratura.

Flusso di lavoro NDS 2018

Quando si crea una nuova definizione di vincolo esterno di progetto, il Tipo dovrebbe essere impostato su 'legno'. Ciò attiverà i dati di input pertinenti secondo la norma NDS. La casella di controllo Vincolo esterno diretto indica che questo tipo di definizione sarà utilizzato per il controllo della compressione perpendicolare alla fibratura. La Lunghezza del vincolo esterno è definita dall'utente e dovrebbe specificare la lunghezza totale dell'area di vincolo. Larghezza vincolo esterno viene impostata automaticamente sulla larghezza dell'asta pertinente ma può essere sovrascritta. Il vincolo esterno dal bordo indica se il vincolo esterno si trova sull'asse superiore +z dell'asta, sull'asse inferiore -z o su entrambi. La casella di controllo Vincolo interno indica se il coefficiente Cb dovrebbe essere applicato al valore di progetto a compressione dell'asta perpendicolare alla fibratura, Fc⟂ , sulla base della cap. 3.10.4 [1]. Se questa opzione è spuntata, un vincolo esterno finale non considererà Cb . Il valore di progetto a compressione dell'asta definito nella NDS varia a seconda del limite di deformazione selezionato.

Una volta che le informazioni di input del vincolo esterno di progetto sono complete, i vincoli esterni di progetto possono essere applicati ai nodi pertinenti e alle aste sulla struttura. Possono essere necessari più vincoli esterni di progetto poiché diversi scenari di carico possono verificarsi in posizioni diverse. RFEM consente all'utente di impostare un Nome definito dall'utente per più definizioni di vincolo esterno di progetto nella parte superiore della finestra di dialogo per applicazioni più rapide e convenienti.

La prova di sezione sarà eseguita nel add-on Verifica del legno considerando la cap. 3.10.2 [1]. Con un'asta laminata incollata, ad esempio, il valore di progetto modificato per compressione perpendicolare alla fibratura, Fc⟂' , è definito nella tabella 5.3.1 [1] con quanto segue equazione.

Valore di progetto modificato per la compressione perpendicolare alla fibratura

F'c =Fc CM Ct Cb Kf φ

Dove,

Fc⟂ = valore di riferimento di progetto per compressione perpendicolare alla fibratura

CM = coefficiente di servizio umido

Ct = coefficiente di temperatura

Cb = coefficiente dell'area di vincolo

KF = coefficiente di conversione del formato (solo LRFD)

φ = coefficiente di resistenza (solo LRFD)

Il coefficiente Cb è ulteriormente definito nella cap. 3.10.4 [1]. Tuttavia, Cb è applicabile solo se la lunghezza del vincolo esterno definita nella definizione del vincolo esterno di progetto è inferiore a 6 pollici e superiore a 3 pollici dalla fine dell'asta. Inoltre, Cb è applicabile solo per i vincoli esterni interni che devono essere indicati anche sotto il tipo di definizione come indicato sopra. Se questi criteri sono soddisfatti, l'add-on Verifica del legno calcolerà automaticamente e applicherà Cb in base alla seguente equazione.

Coefficiente dell'area portante

Cb = lb+0.375lb

Dove,

lb = la lunghezza del vincolo esterno misura parallela alla fibratura

Il rapporto di verifica della sezione è determinato dal rapporto tra la forza di compressione della domanda perpendicolare alla fibratura e il valore di progetto modificato per compressione perpendicolare alla fibratura. Tutte le variabili NDS, le formule e i riferimenti dei codici sono indicati direttamente nei dettagli del controllo della verifica aggiuntiva per Verifica del legno fornendo risultati chiari e tracciabili.

CSA O86:19 Flusso di lavoro

Durante la verifica secondo CSA O86:19, lo stesso flusso di lavoro sopra per NDS può essere seguito per il tipo di definizione del vincolo esterno di progetto. Ci sono alcune differenze chiave con la norma CSA. Una nuova opzione Controlla portata critica determina se il carico di compressione è applicato entro una distanza dal centro del vincolo esterno uguale all'altezza, d, dell'asta indicata in Fig. 6.2 <a href="#Refer">[2]</a>. In tal caso, la resistenza a compressione fattorizzata perpendicolare alla fibratura è ridotta di un fattore 2/3 come mostrato nella clausola 6.5.6.3.1 [2] per il legname segato e la clausola 7.5.9.3.1 [2] per legno lamellare incollato. Dovrebbe essere utilizzata anche l'area di appoggio media.

Anche il limite di tensioni elevate di flessione per coefficiente Kb è impostato nel tipo di definizione del vincolo esterno di progetto. La lunghezza del coefficiente di flessione, Kb, può essere applicata alla resistenza a compressione se l'area del vincolo esterno non si verifica nelle posizioni di elevate tensioni di flessione indicate nella clausola 6.5.6.5(b) [2] . L'utente può impostare il rapporto tra il momento della domanda e la capacità del momento in modo che sia considerata un'area di flessione elevata.

Con un'asta laminata incollata, per esempio, la resistenza a compressione fattorizzata perpendicolare alla fibratura, Qr, è definita nella clausola 7.5.9.2 [2] con la seguente equazione.

Resistenza a compressione fattorizzata perpendicolare alla fibratura

Qr=φ Fcp Ab Kb KZcp

Dove,

φ = 0,8

Fcp = fcp (KD KScp KT ) dove, fcp = resistenza specificata in compressione perpendicolare alla fibratura

Ab = area di vincolo

KB = coefficiente della lunghezza del vincolo esterno

KZcp = coefficiente dimensionale per il cuscinetto

Il rapporto di verifica della sezione è determinato dal rapporto tra la forza portante fattorizzata della domanda e la resistenza a compressione fattorizzata perpendicolare alla fibratura. Tutte le variabili, le formule e i riferimenti di codice CSA O86 sono indicati direttamente nei dettagli dell'add-on Verifica legno.

Conclusioni

Le tensioni da appoggio perpendicolare alla fibratura sono parte integrante della verifica dell'asta secondo NDS 2018 e CSA O86:19. L'area di vincolo è in genere una variabile sconosciuta per questa verifica quando si utilizza il software di analisi generale e di verifica poiché tutte le aste sono rappresentate da un elemento di linea interno collegato solo in punti nodali. Tuttavia, la nuova funzione "vincolo esterno di progetto" in RFEM 6 ora consente agli utenti di specificare la lunghezza e la larghezza dell'area di vincolo, aprendo la strada alle verifiche per la compressione perpendicolare alla fibratura che in precedenza non erano possibili.

Autore

Amy Heilig, PE

Amy Heilig, PE

CEO - Ufficio USA
Ingegnere dell'assistenza tecnica e vendite

Amy Heilig è l'amministratore delegato dell'ufficio USA con sede a Philadelphia, PA. Inoltre, fornisce supporto tecnico e di vendita e continua ad aiutare nello sviluppo dei programmi Dlubal Software per il mercato nordamericano.

Parole chiave

Legno Vincolo esterno di progetto Compressione perpendicolare alla fibratura NDS AWC CSA CSA O86

Riferimento

[1]   National Design Specification (NDS) for Wood Construction 2018 Edition
[2]   CSA O86:19, Engineering Design in Wood 

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  • Aggiornato 11. gennaio 2023

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Il programma di analisi strutturale RFEM 6 è la base di un sistema software modulare. Il programma principale RFEM 6 viene utilizzato per definire strutture, materiali e carichi di sistemi strutturali piani e spaziali costituiti da piastre, pareti, gusci e aste. Con il programma è possibile progettare anche strutture composte, elementi solidi e di contatto.

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RFEM 6
Struttura di legno

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L'add-on Verifica legno verifica aste di legno agli stati limite ultimi, di esercizio e di resistenza al fuoco secondo varie norme.

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