Considerazioni sulla snellezza limite (indipendente dal carico)

Betoniera

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Nelle NTC al punto 4.2.47 viene indicato che la snellezza limite di un'asta deve essere inferiore a 200 (vedi figura sotto).
Vediamo cosa significa nella pratica e quali conseguenza porta con un esempio.
Vogliamo costruire un box alto 3 m da una parte e 4 m dall'altra.
Pensiamo a colonne e travi non troppo pesanti. l'IPE160 è un bel profilo e paga l'occhio.
la struttura di copertura la pensiamo con legno sezione 12*20 (vedi figura sotto).
Di queste strutture se ne vedono tante in giro, questo ci rassicura. Non dovrebbero esserci problemi di calcolo.
Proviamo a verificare l'instabilità limite.
La struttura si deforma nel modo indicato nella figura sotto, quindi il coefficiente beta=2
Il raggio giratore di inerzia dell'IPE 160 è i=1,84
Quindi la snellezza limite vale Lamda = 2*400/1,84 = 435
Cavolo è assai maggiore di 200 (più del doppio).
Da un rapido calcolo scopro che l'altezza massima che posso utilizzare per il profilo IPE160 è 184 cm.
Ma, allora, non posso utilizzare quel profilo?.
E tutte le strutture che si vedono in giro sono sbagliate?
Risposta: Si e No.
Dipende dal tipo di telaio, dai nodi, e da come vengono assemblati.
Se, invece di concepire la struttura come una pilastrata indipendente a destra e una sinistra col tetto appoggiato sopra, noi concepiamo una struttura scatolare (con travi orizzontali di collegamento) e progettiamo dei nodi che trasmettono momento, ecco che il vincolo in alto non è più "libero".
La lunghezza di libera inflessione diminuisce e può arrivare ad essere minore di 1.
A quel punto i conti tornano.
In ogni modo il profilo IPE non è il più adatto per fare le colonne, è meglio utilizzare HEA o HEB.
Ciao, alla prossima.

Snellezza-Limite.jpg
 
Aggiungo che l'instabilità ha due caratteristiche che la differenziano da una rottura per resistenza, in particolare:

1) è principalmente geometrica, ed il cambiamento di materiale influenza in maniera molto minore/diversa il risultato finale
2) è possibile avere instabilità rimanendo in campo elastico. L'esempio più semplice è quello di uno spaghetto: se lo comprimiamo, si imbarca, ma appena lo rilasciamo torna bello dritto

Inoltre, la teoria di base (ovvero carico critico di Eulero modificato da Shanley) è applicabile anche a manufatti in qualunque materiale, ma di solito questi sperimentano meno fenomeni simili (e.g., il calcestruzzo di solito ha sezioni ben più massive).

Risulta interessante notare che la problematica dell'instabilità è tanto più presente quanto più il materiale di base è performante, poiché a causa della resistenza la tentazione di sezioni più piccole è sempre maggiore: ad esempio, profilati pultrusi in fibra di carbonio vanno facilmente incontro anch'essi a fenomeni di questo tipo.

Sul bar dell'ingegneria (Bibliotheca) giusto ieri sera ho pubblicato una foto di un libro dove lista in maniera sommaria i vari tipi di instabilità :)
 
Grazie dell'esempio molto chiaro betoniera, io però mi riferisco a casi ambigui, riprendo ad esempio quello trattato sul "bar dell'ingegneria": palo rastremato soggetto a sforzi normali e forze orizzontali, discretizzato come successione di tratti a sezione costante. Una volta trovate le sollecitazioni cosa faccio? Che lunghezza di libera inflessione assegno a ogni tratto?
 
per quanto riguarda le colonne a sezione variabile (stepped column) vedi doc allegata
 

Allegati

  • stepped column Forum.zip
    2,6 MB · Visualizzazioni: 11
Grazie pisanel, ora do una letta al materiale che hai fornito...
 
vedi anche queste discussioni (links allegati)
 

Allegati

  • stepped column design Eng-Tips.doc
    11 KB · Visualizzazioni: 10
Grazie dell'esempio molto chiaro betoniera, io però mi riferisco a casi ambigui, riprendo ad esempio quello trattato sul "bar dell'ingegneria": palo rastremato soggetto a sforzi normali e forze orizzontali, discretizzato come successione di tratti a sezione costante. Una volta trovate le sollecitazioni cosa faccio? Che lunghezza di libera inflessione assegno a ogni tratto?
Non ho letto quella discussione.
L'argomento che ho trattato riguarda la snellezza limite delle aste. Questi limiti sono indipendenti dagli sforzi.
La tua domanda riguarda la diminuzione di resistenza delle aste dovuta all'instabilità.
In più c'è la complicazione dell'inerzia variabile.
C'è un esempio di calcolo dettagliato e spiegato bene dal prof. Gelfi a questo indirizzo.


Una volta capiti i passaggi non è difficile riprodurre la procedura con un foglio di calcolo.
Ciao.
 
Scusa se rispondo solo ora, dispensa molto interessante anche questa, ma se la sezione varia linearmente?
 
Scusa se rispondo solo ora, dispensa molto interessante anche questa, ma se la sezione varia linearmente?
Non l'ho mai affrontato, ma così su due piedi scriverei la funzione del momento d'inerzia in funzione dell'altezza e mi ricavo una funzione carico critico e non più un valore, e poi faccio il check su tutta l'asta (il problema è che secondo me ti viene bella complicata la funzione!)
 
Scusa se rispondo solo ora, dispensa molto interessante anche questa, ma se la sezione varia linearmente?
A pag 26 c'è l'esempio numerico di un'asta soggetta a carico di punta con 2 sezioni diverse.
E' sufficiente estendere la procedura ad un'asta discretizzata con tante inerzie diverse.
Ciao.
 
Proverò a farlo nei prossimi giorni... altrimenti pensavo alla media del momento d'iniziativa lungo l'asta...
Non l'ho mai affrontato, ma così su due piedi scriverei la funzione del momento d'inerzia in funzione dell'altezza e mi ricavo una funzione carico critico e non più un valore, e poi faccio il check su tutta l'asta (il problema è che secondo me ti viene bella complicata la funzione!)
 
Secondo me risulta molto complesso in quanto si deve discretizzare l'asta per molte sezioni per avere una sufficiente precisione. Forse la discretizzazione può essere fatta agevolmente su Straus7...
A pag 26 c'è l'esempio numerico di un'asta soggetta a carico di punta con 2 sezioni diverse.
E' sufficiente estendere la procedura ad un'asta discretizzata con tante inerzie diverse.
Ciao.
 
Secondo me risulta molto complesso in quanto si deve discretizzare l'asta per molte sezioni per avere una sufficiente precisione. Forse la discretizzazione può essere fatta agevolmente su Straus7...
In realtà anche lì, basta Excel. Una cosa complicata non è per forza difficilmente implementabile. La soluzione con l'inerzia variabile non è pratica, ma è esatta. La discretizzazione è invece quello che faresti lavorando
 
Per mattymec
Qualche anno fa ho sviluppato un programma per la verifica al carico di punta proprio basandomi sull'esempio Gelfi che ti ho indicato.
Sotto vedi il programma con un esempio.
Quel programma è scritto in Visual Basic che, mi rendo conto, è piuttosto complesso da imparare.
Il mio consiglio è quindi di approfondire le potenzialità di excel perchè è molto più semplice da gestire.
Diverso è il discorso dell'instabilità gestita dai programmi.
Questi hanno due modi diversi di verificare l'instabilità:
- metodo 1
Si utilizza l'analisi di Bukling all'intero modello dove viene fornito il "moltiplicatore critico" che è, in pratica, il fattore a cui devono essere moltiplicati i carichi per arrivare all'instabilità.
La cosa interessante dei programmi è che l'analisi di Bucking si può fare anche per le lastre e le lamiere sulle quali non abbiamo delle formule semplici per una gestione manuale.
- metodo 2
Dopo avere calcolato la struttura le aste vengono verificate all'instabilità in post-processing seguendo, per quanto possibile, le formule della normativa. Il fattore beta di vincolo viene lasciato alla discrezione dell'utente.
In Robot Structural, questo fattore è inizialmente posto a 1, ma l'utente può modificarlo come crede.
Questo modo di ragionare è molto comodo perchè il coefficiente di vincolo beta = 1, va bene nella stragrande maggioranza dei casi ed è prudenziale rispetto ai casi reali di aste con vincolo incastro-incastro (beta=0,5) e incastro-cerniera (beta =0,7).
Ciao
Carico-Punta.jpg
 
Ciao betoniera, per ora mi limito a excel, non sono in grande informatico!!! In straus7 qualche analisi di buckling l'ho fatta e i conti fatti con la formula di Eulero tornano... in questi giorni provo a confrontare i vari metodi di cui abbiamo parlato in questo post con straus7, simulando un asta circolare rastremata...

P.S. Gelfi come ha trovato i coefficienti beta1 e beta2 dell'esempio della sez. variabile?
Grazie
 
Ho provato ad eseguire il calcolo per un'asta tronco-conica incastrata ad un'estremo e libera all'altro:

Dmax=1 m (sez. incastrata)
Dmin=0,5 m
h=4 m

Materiale: Acciaio (E=210000 MPa)

Ho trovato il momento d'inerzia medio integrando il suo valore l'ungo l'altezza della trave e dividendo il risultato per l'altezza totale ottenendo:

Imed=0,019 m^4

A cui corrisponde: Pcr=614684 kN
Con straus7: Pcr=816022 kN

Risulta evidente che questo modo di procedere non sia corretto. Non è infatti necessario conoscere solo l'inerzia media ma anche la sua distribuzione lungo l'altezza. Per spiegarmi meglio faccio un'esempio: si abbia una colonna costituita da due tratti, uno di sezione notevolamente più grossa dell'altro. Se il tratto inferiore è quello a sezione minore il carico critico sarà notevolmente inferiore rispetto al caso in cui sotto vi sia il tratto a sezione maggiore.

1631471403430.png
Pcr = 2.18874984E+04 kN

1631471537065.png
Pcr= 7.36761820E+03 kN

Lo stesso accadrebbe se la colonna a sezione continuamente variabile che ho analizzato fosse capovolta.

L'unica soluzione in questi casi mi sembra il calcolatore... purtroppo...
 
Ciao Mattymec.
Avevo cercato di dare un ordine alla discussione sulla instabilità perchè, come avevo segnalato, questa può dipendere:
- dalla sezione
- dall'instabilità limite senza carico
- dalla diminuzione di resistenza per effetto della snellezza.
- dagli effetti del secondo ordine, ecc.
Questo post era dedicato all'instabilità limite senza carico (e solo a quello).
Propongo di dedicare un post specifico sulla verifica all'instabilità delle aste soggette a carico.
Anche qui propongo di andare per gradi. Prima si sviluppa il tema dell'instabilità per travi a sezione costante, poi vediamo se i risultati possono essere estesi all'inerzia variabile.
Al volo, non sono in grado di darti una risposta immediata. devo riattivare la memoria.
In ogni modo utilizzeremo un altro post.
Ciao.
 
Ok, allora ne discuteremo in un altro post...
 
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