Verifica della stabilità dimensionale dell'ala inferiore di una trave con telaio in acciaio secondo GB

Articolo tecnico sul tema Analisi strutturale con Dlubal Software

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Se è presente una soletta di calcestruzzo sull'ala superiore, essa funge da vincolo laterale (struttura composita) e previene un problema di stabilità all'instabilità torsionale. Se il momento flettente è negativo, l'ala inferiore è sotto pressione e l'ala superiore è sotto trazione. Se il vincolo laterale non è sufficiente a causa della rigidezza dell'anima, in questo caso l'angolo tra l'ala inferiore e la linea di taglio dell'anima è variabile, in modo che vi sia la possibilità di instabilità dimensionale dell'ala inferiore.

0. Prefazione

La norma per le costruzioni in acciaio GB 50017 Riferimenti [1] descrive il metodo di calcolo per la verifica della stabilità dimensionale dell'ala inferiore di una trave del telaio nel Capitolo 6.2.7. Rispetto alla norma precedente, questa sezione rappresenta un nuovo progetto.

Questa sezione standard riguarda il calcolo della stabilità della sezione a momento negativo di una trave telaio. Fornisce la base per verificare la stabilità dell'ala inferiore della trave o se è necessario adottare misure strutturali.

Se è presente una soletta di calcestruzzo sull'ala superiore, essa funge da vincolo laterale (struttura composita) e previene un problema di stabilità all'instabilità torsionale. Se il momento flettente è negativo, l'ala inferiore è sotto pressione e l'ala superiore è sotto trazione.

Mentre l'ala superiore è trattenuta, l'ala inferiore può cedere lateralmente sotto il carico di compressione. Se il vincolo laterale non è sufficiente a causa della rigidezza dell'anima, in questo caso l'angolo tra l'ala inferiore e la linea di taglio dell'anima è variabile, in modo che vi sia la possibilità di instabilità dimensionale dell'ala inferiore.

1. Procedura progettuale

1.1 Instabilità della forma

Se le travi del telaio in acciaio non tengono conto dell'ostruzione alla deformazione da parte delle solette superiori in calcestruzzo, le barre si deformano e si torcono liberamente. Ciò significa che si verifica l'instabilità totale dell'asta flettente (instabilità flesso-torsionale, norma acciaio, Sezione 6.2.1). Poiché la trave in acciaio e le solette in calcestruzzo esistono come due componenti indipendenti, la compatibilità con la deformazione non si applica in questa situazione.

Tuttavia, se la trave del telaio della struttura in acciaio è supportata lateralmente dalle solette in calcestruzzo, di solito non è necessario verificarne la stabilità: Secondo GB 50017, sezione 6.2.1, non è necessario verificare l'instabilità torsionale della trave se le solette di calcestruzzo sono saldamente collegate all'ala di pressione della trave, in modo che lo spostamento laterale dell'ala di pressione della trave sia impedito. In RFEM, ci sono diversi modi per modellare l'effetto composito di aste e solai, come travi nervate e aste del modello di superficie. Tuttavia, rispetto alle spiegazioni precedenti sulle travi a telaio, queste rappresentano componenti integranti delle solette in calcestruzzo. Informazioni più dettagliate al riguardo sono disponibili negli articoli corrispondenti della nostra Knowledge Base e nei manuali.

Il risultato del calcolo FE è mostrato nella figura sopra nel caso in cui l'ala superiore della trave del telaio sia trattenuta. L'ala inferiore ruota quindi attorno al centro dell'ala superiore. Pertanto, secondo Fare riferimento [1] Sezione 6.2.7, la stabilità dell'ala inferiore deve essere verificata.

1.2 Metodo di verifica secondo CE 3

Il metodo di verifica secondo EC 3 Fare riferimento [2] , Sezioni 6.3.2.4, 6.3.5.2 e BB.2 differisce dalla norma GB per le costruzioni in acciaio. I componenti con flange di pressione supportate lateralmente non possono essere considerati a rischio di instabilità torsionale se sono soddisfatte determinate condizioni. Quando si verifica contro l'instabilità della forma della trave del telaio, la rigidezza torsionale e quindi il vincolo torsionale dell'ala inferiore viene verificata prima, come mostrato nella figura seguente.

1.3 Verifica della stabilità dimensionale dell'ala inferiore secondo GB 50017

Se la trave del telaio ha un momento flettente negativo nell'area vicino al vincolo esterno ed è presente una soletta di calcestruzzo sull'ala superiore, il calcolo di stabilità dell'ala inferiore della trave secondo Fare riferimento alla sezione [1] 6.2.7 deve soddisfare i seguenti requisiti:

(1) Se λn, b ≤ 0,45, non è richiesta alcuna verifica per l'ala inferiore.

(2) Se la condizione (1) non è soddisfatta, la stabilità della corda inferiore deve essere calcolata secondo la formula seguente:

GB 50017, 6.2.7-1

Mxφd·W1x·f1.0

GB 50017, 6.2.7-3

λn,b=fyσcr

GB 50017, 6.2.7-4

σcr=3.46b1t13 +hwtw37.27γ+3.3φ1hw212b1·t1+1.78hwtwE

GB 50017, 6.2.7-5

γ=b1bwb1t1hwtw

GB 50017, 6.2.7-6

φ1=125.436γhw2l2+l25.436γhw2

Dove:

  • b1 - larghezza della flangia di pressione (mm)
  • t1 - spessore della flangia di pressione (mm)
  • W1x - modulo della sezione trasversale lordo attorno alla fibra compressa più resistente nel piano del momento flettente (mm3)
  • ψd - coefficiente di stabilità
  • λn, b - Limite di snellezza normalizzato
  • σcr - tensione critica per instabilità della forma (N/mm2)
  • l - lunghezza tra i punti supportati lateralmente (mm)

In RFEM, questa funzione può essere attivata nella configurazione di progetto dell'impostazione del valore limite ultimo.

I punti di vincolo laterali possono essere specificati per le lunghezze efficaci.

(1) Dopo aver aggiunto i nodi intermedi, il programma calcola automaticamente la lunghezza del vincolo laterale nella zona a momento negativo della trave del telaio. Le altre lunghezze di progetto rimangono invariate. La distanza supportata lateralmente viene considerata automaticamente.

(2) Le specifiche per le combinazioni di carico e le situazioni di progetto rimangono invariate.

(3) Se il limite di snellezza non viene superato, il risultato di progetto indica che la stabilità dell'ala inferiore dell'asta del telaio non è calcolata. In caso contrario, viene eseguita un'analisi esatta dell'instabilità della forma per determinare se sono necessari ulteriori punti supportati lateralmente.

(4) Le flange di pressione supportate lateralmente devono ancora soddisfare i requisiti della norma antisismica GB 50011, capitolo 8.3.3.

2. Sommario

In questo articolo è stata presentata la procedura di calcolo per la verifica della stabilità dimensionale dell'ala inferiore. Il programma controlla se le condizioni del vincolo torsionale sono soddisfatte dai vincoli laterali o se è necessario eseguire un'ulteriore verifica per escludere l'instabilità della forma. I dettagli della verifica sono semplici e comprensibili.

Autore

Dipl.-Ing. (FH) Shaobin Ding, M.Sc. 丁少斌

Dipl.-Ing. (FH) Shaobin Ding, M.Sc. 丁少斌

Ingegneria del prodotto e assistenza clienti

Il signor Ding è responsabile dello sviluppo del prodotto e della traduzione tecnica e fornisce supporto tecnico ai clienti cinesi.

Parole chiave

Costruzione in acciaio GB 50017 Instabilità della forma dell'ala inferiore vincolo torsionale Trave telaio Sezione a momento negativo

Riferimento

[1]   Standard for design of steel structures
[2]   Eurocode 3: Design of steel structures - Part 1‑1: General rules and rules for buildings; EN 1993‑1‑1:2010‑12
[3]   GB 50017 Manual of steel sturcture design

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  • Aggiornato 27. ottobre 2023

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