Analisi globale - nuovo Eurocodice 3

[Mattymecc]

Buonasera a tutti, apro questa discussione per tentare di trattare in modo complessivo un tema che più volte ho avuto modo di toccare, attraverso le discussioni sulle lunghezze di libera inflessione, le imperfezioni, gli effetti del secondo ordine... si tratta dell'analisi globale delle strutture in acciaio (anche se credo che i medesimi principi possano applicarsi alle strutture in generale).

Mi sono deciso a riprendere questo argomento in quanto ormai già due anni fa è uscita la seconda versione dell'Eurocodice 3, la norma EN 1993-1-1, che a differenza della norma precedente tratta in maniera molto più chiara l'argomento dell'analisi globale.

In particolare:

1) elenca in maniera chiara gli effetti che incidono sulla domanda strutturale e fornisce criteri che permettono di valutare se questi sono trascurabili nell'analisi;
2) descrive le varie tipologie di analisi globale che si possono condurre, e per ciascuna specifica le verifiche di resistenza e stabilità che sono necessarie.

In tanto di quali effetti dobbiamo tener conto secondo le norme?

a) deformabilità della struttura, quindi gli effetti del secondo ordine, sia locali (P-δ), che a livello di struttura, dovuti cioè allo spostamento relativo dei nodi (P-Δ);
b) le imperfezioni geometriche, anche questa volta sia locali (deviazioni dalla linearità delle travi/colonne), che a livello di struttura (errori di montaggio, non perpendicolarità delle colonne...);
c) la plasticizzazione della struttura, quando si trova soggetta a stati limite ultimi, e la conseguente incertezza nella determinazione della rigidezza degli elementi che la costituiscono [quest'ultimo requisito è imposto solo dalla norma AISC-360].

Qui sotto un estratto della norma AISC 360-22:



Tornando all'Eurocodice si prevedono, dopo aver determinato se gli effetti del secondo ordine sono rilevanti oppure no ai fini della valutazione della domanda strutturale, i seguenti tipi di analisi strutturale, indicati con le sigle da M0 ad M5:



I metodi si distinguono sostanzialmente a seconda degli effetti considerati in sede di analisi globale; i restanti effetti non considerati in tale sede si considerano attraverso le verifiche di stabilità, condotte con le relative "formule di interazione"...

A tali metodi rimane affiancato, anche se ormai è considerato secondario a causa delle sue importanti limitazioni, il classico metodo della lunghezza effettiva (ELM).

Volevo confrontarmi con voi riguardo a questo tema per capire cosa ne pensi chi ci lavora, in quanto il nuovo Eurocodice 3 propone metodi sicuramente raffinati, ma molto complessi da applicare alle strutture che si vedono tutti i giorni...

Infine c'è un dubbio che mi attanaglia: in alcuni dei metodi si considerano le imperfezioni globali in un'analisi globale di tipo non-lineare P-Δ (non anche P-δ), poi gli altri effetti (P-δ e imp. locali) vengono introdotti con le formule di interazione. Ha senso una cosa del genere? Formalmente gli effetti li considero tutti, ma quello che ottengo è quantomeno verosimile??

 

[Betoniera]

Non ho ancora letto la nuova versione di EC3 per cui non conosco le novità.
Immagino, però, che quelle novità devono essere prima recepite in un nuovo aggiornamento delle NTC.
In ogni modo voglio porre l’attenzione sul fatto che già oggi il DM 2018 pone delle limitazioni
Che, se si esaminano con attenzione, portano a sorprese.

Facciamo un esempio.
Supponiamo di voler calcolare un palo della luce, alto 5 m che porta una lampada del peso di soli 20 kg.
Vogliamo anche esagerare col profilo, prevedendo una IPE 300.
Ora un profilo di 30 cm, alto appena 5 m che deve portare dolo 20 kg sarà verificato senz’altro, ................... o no?
Per scrupolo facciamo due conti ed andiamo a vedere cosa dice il punto 4.2.47 delle NTC2018


Questa norma dice che la snellezza del profilo deve essere < 200
La lunghezza di livera inflessione lo=2*l =2*500= 1000 cm
Il raggio giratore di inerzia dell’IPE 300 è iy= 3,35
Quindi Lamda=1000/3,35 = 298 > 200 NO Sorpresa: il profilo non è verificato, e non di poco.
Se si omette questa semplice verifica è facile commettere un grave errore
Incredibilmente una putrella IPE 300 alta 5 m non è in grado di reggere una lampada di 20 kg.
Ad essere precisi quella putrella non può portare neppure 1 kg perchè quella norma è indipendente dal carico.

Vediamo ora come valutare la deformabilità di una struttura sotto carico
Innanzi tutto c'è da rilevare che una analisi non lineare (vedi punto 7.3.1) che tenga conto delle non linearità del materiale e geometriche e che tenga conto anche della riduzione di resistenza della sezione è pura fantasia.
Io non la so fare e non ne ho mai vista una.
Dobbiamo cavarcela con la nostra Analisi lineare, che è affidabile e la sappiamo gestire.
Al massimo possiamo utilizzare una analisi P-Delta se il programma lo consente e previa confronto con quella lineare.

Ci viene incontro il punto 7.3.3 delle NTC 2018



Questa formuletta valuta la deformabilità della struttura calcolata con una analisi lineare (che ritengo una cosa saggia)
I termini sono abbastanza facili da calcolare.
Stranamente si fa riferimento all'SLV, quindi alla condizione sismica e perchè non anche alla condizione di vento?.
Si parla poi di orizzontamento superiore e inferiore che è un chiaro riferimento alle costruzioni civili.
Ma con l'acciaio si fanno strutture industriali che non hanno alcun orizzontamento.
Ciò nonostante, per analogia, si può assumere gli spostamenti sopra e sotto l'asta di riferimento.
E' possibile, quindi, valutare il fare teta per ogni trave ed evidenziare quelle che si deformano troppo.
Ma non possiamo certo farlo manualmente per tutte le aste.
Insomma, bisogna che il legislatore si renda conto che non siamo nè dei Geni e nè dei Santoni che fanno miracoli.
Le norma vanno benissimo ma devono essere umanamente applicabili.
Non voglio essere troppo prolisso.
Ciao a tutti

 

[Mattymecc]

Vediamo ora come valutare la deformabilità di una struttura sotto carico
Innanzi tutto c'è da rilevare che una analisi non lineare (vedi punto 7.3.1) che tenga conto delle non linearità del materiale e geometriche e che tenga conto anche della riduzione di resistenza della sezione è pura fantasia.
Io non la so fare e non ne ho mai vista una.
Dobbiamo cavarcela con la nostra Analisi lineare, che è affidabile e la sappiamo gestire.

Riguardo all'analisi lineare sono d'accordo con te, è sicuramente la più gestibile e la più semplice, però quando si vanno a progettare strutture snelle, e quindi deformabili, diventa necessario considerare gli effetti di cui ho parlato nel primo post... e in particolare gli effetti del secondo ordine...

Con un'analisi lineare è possibile tenerne conto??

Si, ma indirettamente attraverso i classici fattori β che si usano per calcolare il carico critico delle aste, e poi facendo la verifica con la formula di interazione momento flettente - sforzo normale:



Ncr,y e Ncr,z per il lampione li calcolerai con Lcr=2*Lgeometrica. [è il metodo dell'asta equivalente]

L'Eurocodice 3 di 2° generazione fa un ragionamento diverso: prima si stabilisce di cosa si deve tenere conto, poi si sceglie il tipo di analisi e le verifiche da condurre.

Quando abbiamo dei momenti del 2° ordine rilevanti, l'Ec3 preferisce delle analisi geometricamente non lineari combinate con delle verifiche di resistenza o di stabilità semplificate (senza fattore beta)... il metodo "classico" è ormai relegato a metodo secondario perchè comunque stima in modo molto (spesso troppo) approssimato gli effetti del 2° ordine...

Questa problematica viene messa in luce anche nell'ultimo numero di Costruzioni Metalliche, dove vengono presentate le novità della seconda generazione dell'Ec3, viene detto: "Giova precisare che, in ogni caso, tale metodo presenta evidenti limiti ampiamente noti in letteratura [riferimento: U. Kuhlmann, Neue Entwicklungen in prEN 1993-1-1, Wiley, 2020]".

Quando riesco provo a riprendere l'esempio del lampione ed a verificarlo con i vari metodi...

 

[quattropassi]

Non ho ancora letto la nuova versione di EC3 per cui non conosco le novità.
Immagino, però, che quelle novità devono essere prima recepite in un nuovo aggiornamento delle NTC.
In ogni modo voglio porre l’attenzione sul fatto che già oggi il DM 2018 pone delle limitazioni
Che, se si esaminano con attenzione, portano a sorprese.

Facciamo un esempio.
Supponiamo di voler calcolare un palo della luce, alto 5 m che porta una lampada del peso di soli 20 kg.
Vogliamo anche esagerare col profilo, prevedendo una IPE 300.
Ora un profilo di 30 cm, alto appena 5 m che deve portare dolo 20 kg sarà verificato senz’altro, ................... o no?
Per scrupolo facciamo due conti ed andiamo a vedere cosa dice il punto 4.2.47 delle NTC2018

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Questa norma dice che la snellezza del profilo deve essere < 200
La lunghezza di livera inflessione lo=2*l =2*500= 1000 cm
Il raggio giratore di inerzia dell’IPE 300 è iy= 3,35
Quindi Lamda=1000/3,35 = 298 > 200 NO Sorpresa: il profilo non è verificato, e non di poco.
Se si omette questa semplice verifica è facile commettere un grave errore
Incredibilmente una putrella IPE 300 alta 5 m non è in grado di reggere una lampada di 20 kg.
Ad essere precisi quella putrella non può portare neppure 1 kg perchè quella norma è indipendente dal carico.

Vediamo ora come valutare la deformabilità di una struttura sotto carico
Innanzi tutto c'è da rilevare che una analisi non lineare (vedi punto 7.3.1) che tenga conto delle non linearità del materiale e geometriche e che tenga conto anche della riduzione di resistenza della sezione è pura fantasia.
Io non la so fare e non ne ho mai vista una.
Dobbiamo cavarcela con la nostra Analisi lineare, che è affidabile e la sappiamo gestire.
Al massimo possiamo utilizzare una analisi P-Delta se il programma lo consente e previa confronto con quella lineare.

Ci viene incontro il punto 7.3.3 delle NTC 2018

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Questa formuletta valuta la deformabilità della struttura calcolata con una analisi lineare (che ritengo una cosa saggia)
I termini sono abbastanza facili da calcolare.
Stranamente si fa riferimento all'SLV, quindi alla condizione sismica e perchè non anche alla condizione di vento?.
Si parla poi di orizzontamento superiore e inferiore che è un chiaro riferimento alle costruzioni civili.
Ma con l'acciaio si fanno strutture industriali che non hanno alcun orizzontamento.
Ciò nonostante, per analogia, si può assumere gli spostamenti sopra e sotto l'asta di riferimento.
E' possibile, quindi, valutare il fare teta per ogni trave ed evidenziare quelle che si deformano troppo.
Ma non possiamo certo farlo manualmente per tutte le aste.
Insomma, bisogna che il legislatore si renda conto che non siamo nè dei Geni e nè dei Santoni che fanno miracoli.
Le norma vanno benissimo ma devono essere umanamente applicabili.
Non voglio essere troppo prolisso.
Ciao a tutti

Sì, però si legge pure che:

 

[r.saccon]

Non ho ancora letto la nuova versione di EC3 per cui non conosco le novità.
Immagino, però, che quelle novità devono essere prima recepite in un nuovo aggiornamento delle NTC.
In ogni modo voglio porre l’attenzione sul fatto che già oggi il DM 2018 pone delle limitazioni
Che, se si esaminano con attenzione, portano a sorprese.

Facciamo un esempio.
Supponiamo di voler calcolare un palo della luce, alto 5 m che porta una lampada del peso di soli 20 kg.
Vogliamo anche esagerare col profilo, prevedendo una IPE 300.
Ora un profilo di 30 cm, alto appena 5 m che deve portare dolo 20 kg sarà verificato senz’altro, ................... o no?
Per scrupolo facciamo due conti ed andiamo a vedere cosa dice il punto 4.2.47 delle NTC2018

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Questa norma dice che la snellezza del profilo deve essere < 200
La lunghezza di livera inflessione lo=2*l =2*500= 1000 cm
Il raggio giratore di inerzia dell’IPE 300 è iy= 3,35
Quindi Lamda=1000/3,35 = 298 > 200 NO Sorpresa: il profilo non è verificato, e non di poco.
Se si omette questa semplice verifica è facile commettere un grave errore
Incredibilmente una putrella IPE 300 alta 5 m non è in grado di reggere una lampada di 20 kg.
Ad essere precisi quella putrella non può portare neppure 1 kg perchè quella norma è indipendente dal carico.

Vediamo ora come valutare la deformabilità di una struttura sotto carico
Innanzi tutto c'è da rilevare che una analisi non lineare (vedi punto 7.3.1) che tenga conto delle non linearità del materiale e geometriche e che tenga conto anche della riduzione di resistenza della sezione è pura fantasia.
Io non la so fare e non ne ho mai vista una.
Dobbiamo cavarcela con la nostra Analisi lineare, che è affidabile e la sappiamo gestire.
Al massimo possiamo utilizzare una analisi P-Delta se il programma lo consente e previa confronto con quella lineare.

Ci viene incontro il punto 7.3.3 delle NTC 2018

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Questa formuletta valuta la deformabilità della struttura calcolata con una analisi lineare (che ritengo una cosa saggia)
I termini sono abbastanza facili da calcolare.
Stranamente si fa riferimento all'SLV, quindi alla condizione sismica e perchè non anche alla condizione di vento?.
Si parla poi di orizzontamento superiore e inferiore che è un chiaro riferimento alle costruzioni civili.
Ma con l'acciaio si fanno strutture industriali che non hanno alcun orizzontamento.
Ciò nonostante, per analogia, si può assumere gli spostamenti sopra e sotto l'asta di riferimento.
E' possibile, quindi, valutare il fare teta per ogni trave ed evidenziare quelle che si deformano troppo.
Ma non possiamo certo farlo manualmente per tutte le aste.
Insomma, bisogna che il legislatore si renda conto che non siamo nè dei Geni e nè dei Santoni che fanno miracoli.
Le norma vanno benissimo ma devono essere umanamente applicabili.
Non voglio essere troppo prolisso.
Ciao a tutti

Ciao Betoniera,
se posso, vorrei esprimere la mia personale opinione riguardo l'esempio che hai portato, e che secondo me nella sua "paradossalità" esprime anche il senso di quel "è opportuno" scritto nella norma.
Io leggo la "opportunità" o meno di utilizzare un profilo "snello" o no come un consiglio, da valutare caso per caso, ma non come un obbligo perentorio: tanto è vero che l'assurdità del tuo esempio (una IPE 300 non potrebbe portare una lampada di 20kg), rende appunto quella frase interpretabile come opportunità e non come obbligo.
Tanto è vero che molti software di calcolo, se ci sono profili con snellezza superiore a 200, non rendono "NON VERIFICATI" gli elementi, ma danno solo un "warning", che mi sembra coerente col termine "opportunità".
Questo il mio pensiero, poi non so se ci sono altri utenti con altre opinioni a riguardo, magari avvallate da prove del fatto che tali strutture sono state "respinte" da qualche verifica da enti terzi (genio ecc...).


Grazie a tutti per lo scambio di opinioni, spero profiquo.

 

[Betoniera]

E' vero, la norma dice "è opportuno", non dice "è fatto divieto", quindi c'è la teorica possibilità di utilizzare profili snelli.
Tuttavia è indubbio che quella norma lancia un allarme ai progettisti e cerca di dissuaderli dall'utilizzare profili troppo snelli.
Il perchè è da ricercare, appunto nelle eccessive deformazioni che fanno crescere in modo significativo gli effetti del secondo ordine (che in genere si trascurano).
Se si controlla la snellezza dei travetti di copertura, capita spesso di scoprire che il valore di lamda sia maggiore di 200, ma va bene lo stesso perchè la libera inflessione dei travetti è impedita dalle viti del fissaggio dei pannelli di copertura.
Ma, in genere, è bene rispettare quella norma sopratutto per le aste compresse.
In ogni modo, c'è il punto 7.3.3 delle NTC da rispettare (teta non può superare 0,3) e lì non si scappa.
Ciao.