Compressione dell'asta di legno perpendicolare alla fibratura sec. a NDS 2018 e CSA O86:19

Articolo tecnico sul tema Analisi strutturale con Dlubal Software

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Uno scenario standard nella costruzione di aste in legno è la capacità di collegare aste più piccole mediante vincolo su un'asta più grande. Inoltre, le condizioni finali dell'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, nell'add-on RFEM 6 e Verifica del legno di nuova generazione, la funzione aggiunta 'supporti di progetto' ora consente agli utenti di conformarsi alla verifica NDS e CSA perpendicolare alle verifiche della 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. Questa è nota 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 come come le aste che si intersecano sono 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 le aste di piccole dimensioni sono collegate ad aste di 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 progettazione può rinunciare a fattori importanti come il coefficiente dell'area di vincolo, Cb, [1] la lunghezza di- coefficiente di portata, KB, [2] o la verifica sarà del tutto ignorato.

Con la nuova funzione di RFEM 6, i 'vincoli esterni di progetto', 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 Supporto diretto indica che questo tipo di definizione sarà utilizzato per il controllo della compressione perpendicolare alla fibratura. La Lunghezza vincolo esterno è definita dall'utente e dovrebbe specificare la lunghezza totale dell'area di vincolo. La Larghezza vincolo esterno imposta automaticamente la larghezza dell'asta pertinente ma può essere sovrascritta. Supporto 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 Supporto interno indica se il coefficiente Cb deve 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 disattivata, 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 la seguente 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 bagnato

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 nel tipo di definizione come indicato sopra. Se questi criteri sono soddisfatti, l'add-on Verifica 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 aggiuntivo per verifica legno fornendo risultati chiari e tracciabili.

CSA O86:19 Flusso di lavoro

Quando si progetta 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 lo standard CSA. Una nuova opzione Verifica portata critica determinerà 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 [2]. 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 vincolo 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 di vincolo 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(KDKScpKT) dove, fcp = resistenza specificata in compressione perpendicolare alla fibratura

Ab = area portante

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 della verifica del add-on di Verifica del legno.

Sommario

Tensioni portanti perpendicolari alla fibratura e 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 della verifica' in RFEM 6 ora consente agli utenti di specificare la lunghezza e la larghezza dell'area di vincolo aprendo la strada a verifiche della 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 Supporto alla verifica 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 16. settembre 2022

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