Instabilità locale di aste di flessione secondo ADM 2020 in RFEM 6

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La sezione di un'asta in alluminio composta da elementi snelle può subire guasti locali per instabilità delle sue ali o anima prima che l'asta possa raggiungere la sua piena resistenza. Nell'add-on Verifica dell'alluminio, sono disponibili tre opzioni per determinare la resistenza nominale a flessione, Mnlb per lo stato limite di instabilità locale durante la progettazione secondo il manuale di verifica dell'alluminio 2020 [1].

  • F.3.1 Metodo della media pesata

Questo è il metodo più comune utilizzato negli esempi ADM e anche l'opzione predefinita in RFEM 6. Il metodo della media pesata combina le resistenze determinate separatamente per ogni elemento utilizzando l'equazione F.3-1 di ADM 2020 [1].

  • F.3.2 Metodo della resistenza diretta

In questo metodo, la resistenza all'instabilità locale della sezione trasversale nel suo insieme è determinata mediante un'analisi che include direttamente l'interazione degli elementi. Questo metodo è il più accurato e completo dei tre metodi.

  • F.3.3 Metodo degli elementi limitanti

Questo metodo limita la resistenza a flessione dell'asta in base alla resistenza all'instabilità locale più bassa di tutti gli elementi. Questo metodo è spesso meno accurato e più conservativo poiché non tiene conto dell'interazione tra elementi.

Tutti e tre i metodi utilizzati nella sezione F.3 per determinare la resistenza all'instabilità locale fanno riferimento alla sezione B.5.4 e B.5.5. Queste sezioni includono la determinazione della resistenza degli elementi in compressione uniforme e degli elementi in compressione flessionale. La resistenza all'instabilità locale dipende inoltre dal fatto che l'elemento sia vincolato su uno o entrambi i bordi oltre al rapporto larghezza/spessore, b/t.

Confronto dei risultati di RFEM utilizzando i tre diversi metodi

La resistenza all'instabilità locale di una trave di alluminio nell'esempio 3 di ADM è confrontata con i risultati di RFEM utilizzando i tre diversi metodi precedentemente descritti.

La sezione AW 5 x 3.70 e il materiale 6061-T6 (B221) sono usati per la trave lunga 16 piedi. La trave ha un vincolo laterale continuo e una spaziatura dei vincoli esterni verticale a 1,2 m al centro. Sopporta un carico morto uniforme di 4,50 k/ft (fig. 2).

Le proprietà della sezione sono mostrate nell'immagine 3.

Le tensioni di instabilità locale dell'ala e dell'anima sono necessarie per determinare la resistenza nominale a flessione dell'asta.

Tensione di instabilità locale dell'ala

L'ala (un elemento piatto supportato su un bordo) è in compressione uniforme. La sua tensione di instabilità locale è determinata secondo la sezione B.5.4.1.

Il rapporto di snellezza, b/t è uguale a [(3,5 in -0,19 in - 2*0.30 in)/2]/0,32 in = 4,234

Il coefficiente di snellezza, λ1 = 6.7 si può trovare utilizzando l'equazione elencata nella sezione B.5.4.1 o direttamente dalla tabella 2-19 della Parte VI.

Poiché b/t = 4,234 è inferiore a λ1 = 6,7, lo stato limite di snervamento controlla. Pertanto, la tensione di compressione uniforme, Fc = Fcy = 35.0 ksi (Tabella A.4.1 e Tabella A.4.3).

Tensione di instabilità locale dell'anima

L'anima (un elemento piatto supportato su due bordi) è in compressione flessionale. La sua tensione di instabilità locale è determinata secondo la sezione B.5.5.1.

Il rapporto di snellezza, b/t è uguale a [(5,0 in -2*0,32 in -2*0.3 in)]/0,19 in = 19,789

Il coefficiente di snellezza, λ1 = 33.1 si può trovare utilizzando l'equazione elencata nella sezione B.5.5.1 o direttamente dalla tabella 2-19 della Parte VI.

Poiché b/t = 19,789 è inferiore a λ1 = 33.1, lo stato limite di snervamento controlla. Pertanto, la tensione di compressione flessionale, Fb = 1.5*Fcy = 1.5*35.0 ksi = 52.5 ksi (Tabella A.4.1 e Tabella A.4.3).

I dettagli della verifica in RFEM 6 fornisce le equazioni e i riferimenti utilizzati in ciascun metodo. L'output dei risultati di ciascun metodo può essere verificato facilmente.

  • Resistenza nominale a flessione, Mnlb secondo F.3.1 Metodo della media pesata
  • Resistenza nominale a flessione, Mnlb secondo F.3.2 Metodo di resistenza diretta
  • Resistenza nominale a flessione, Mnlb secondo F.3.3 Metodo degli elementi limitanti

Questo è il metodo utilizzato nell'esempio 3 [1]. La differenza trascurabile nel rapporto di utilizzo deriva dalla formula della trave utilizzata per determinare il momento flettente massimo richiesto.

Conclusione

In questo esempio, i rapporti di verifica del Metodo della media pesata e del Metodo della resistenza diretta sono quasi identici (0,657 e 0,662). E, come previsto, il metodo degli elementi limitanti è il più conservativo e ha il rapporto di verifica più alto (0,749).

Autore

Cisca Tjoa, PE

Cisca Tjoa, PE

Ingegnere dell'assistenza tecnica

Cisca è responsabile dell'assistenza tecnica ai clienti e dello sviluppo continuo dei programmi per il mercato nordamericano.

Parole chiave

Instabilità locale Aste a flessione Verifica alluminio

Riferimento

[1]   Aluminum Design Manual 2020

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  • Aggiornato 20. luglio 2022

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