Instabilità globale e instabilità locale. Che cosa significa?

Il codice di progettazione dice che l'analisi del primo ordine può essere utilizzata per la struttura se l'aumento delle forze o dei momenti interni rilevanti o qualsiasi altro cambiamento del comportamento strutturale causato dalle deformazioni può essere trascurato.

Per valutare se questo aumento può o non può essere trascurato si può utilizzare il fattore di instabilità critico α_cr. Si può trascurare l'instabilità globale (global buckling) per le membrature (compresa la connessione) nei casi in cui il fattore di instabilità è superiore a 15 (in caso di progettazione plastica) o superiore a 10 (nel caso in cui la sollecitazione sulle piastre sia sul ramo elastico).

L'instabilità locale (Local buckling) si applica alle singole piastre (irrigidimenti, anima della colonna) e i corrispondenti fattori di instabilità limite sono stabiliti in base ai codici di progettazione e agli esperimenti di ricerca. Gli effetti dell'instabilità locale sono considerati trascurabili quando il fattore di instabilità è pari a:

• ≥ 2 - nel caso di una piastra supportata su 4 lati
• ≥ 3 - nel caso di una piastra supportata su 3 lati
• ≥ 4 - nel caso di una piastra supportata su 2 lati (vicini)
• ≥ 15 - in caso di piastra supportata su 2 lati (opposti)

Nel video puoi vedere diversi tipi di instabilità e come affrontarli, considerando i fattori di instabilità e le forme di instabilità.

Per una spiegazione più completa dei tipi di instabilità che possiamo aspettarci nell'elemento analizzato, consulta il nostro articolo sull'analisi di instabilità lineare (LBA).

Come valutare i risultati dell'instabilità in casi specifici?

Prima di tutto, dobbiamo determinare l'amplificatore della forza minima per raggiungere l'instabilità critica elastica, α_cr, utilizzando l'analisi di buckling. IDEA StatiCa fornisce i fattori di buckling in tabelle di risultati e le forme di buckling per ciascun fattore possono essere fornite in una vista 3D.

Il valore limite per l'analisi globale è riportato nella norma EN 1993-1-1:2005 Cl. 5.2.1.

Esempio 1

Nel primo esempio, la forza di compressione è applicata alla trave collegata da una piastra di connessione.

Vengono forniti i risultati del calcolo geometrico lineare e il primo fattore è 8,76. Secondo la norma EN 1993-1-1:2005 Cl. 5.2.1, il valore limite è 15 perché questo giunto è critico per la stabilità della trave stessa e la conclusione è che il collegamento non ha superato l'analisi di instabilità. Senza contare che questa piastra di collegamento unilaterale (non sono presenti due piastre) è pericolosa in questo controvento nella configurazione in compressione.

Per ulteriori informazioni su come calcolare la resistenza all'instabilità di una piastra fazzoletto, leggi qui.

Esempio 2

D'altra parte, nel caso della maggior parte delle piastre nelle connessioni, può verificarsi un'instabilità locale e il valore massimo del fattore di instabilità critico, α_cr, che richiede un'analisi approfondita è solitamente inferiore. È stato verificato che per gli irrigidimenti e i pannelli di colonne a taglio non è necessario tenere conto dell'instabilità se il fattore di instabilità critico è superiore a 3.

Dobbiamo determinare il giusto valore limite per ogni componente e decidere. Questo esempio mostra che il primo modo di instabilità è quello relativo al rinforzo con fattore α_cr = 8,76 >> 3. In questo esempio, questo primo modo di instabilità non è pericoloso.

Durante l'esecuzione dell'analisi di buckling e il trattamento dei risultati, è necessario un giudizio ingegneristico. Si tratta di stabilire se utilizzare i limiti globali o locali del fattore di instabilità critico e per ottenere la risposta giusta è fondamentale la conoscenza della topologia e del sistema strutturale della struttura progettata. Sebbene IDEA StatiCa sia in grado di fornire le forme di instabilità e il fattore critico di qualsiasi parte del giunto, non fornisce la verifica di instabilità come previsto dal codice.

Quando i risultati delle forme di instabilità forniscono valori negativi, non significa che il calcolo non sia andato a buon fine o che il risultato non sia corretto. Cosa succede esattamente in questi casi è spiegato in questo articolo sulla Conoscenza di base.

Un esempio pratico di valutazione dell'analisi di instabilità delle membrature è stato presentato in questo webinar:

Theoretical Background

For a deeper understanding of the buckling topic and IDEA StatiCa solution, read the essential information about buckling analysis in our Theoretical Background articles. 

IDEA StatiCa Connection - Structural design of steel connections 

IDEA StatiCa Member - Member stability

Tutorials

We have created step-by-step tutorials to set up the model and run the analysis. Find the links to them below:

Structural design of a steel cross-beam affected by lateral torsional buckling (EN)

Structural design and code-check of a steel frame (EN)

Buckling analysis of a steel connection (EN)

Background teorico

Per una comprensione più approfondita dell'argomento buckling e della soluzione IDEA StatiCa, consulta le informazioni essenziali sull'analisi del buckling nei nostri articoli sul background teorico.

IDEA StatiCa Connection - Progettazione strutturale di collegamenti in acciaio

IDEA StatiCa Member - Stabilità degli elementi

Tutorial

Abbiamo creato dei tutorial passo-passo per impostare il modello ed eseguire l'analisi. I link sono riportati di seguito:

Progettazione strutturale di una trave in acciaio affetta da instabilità latero-torsionale (EN)

Progettazione strutturale e verifica di un telaio in acciaio (EN)

Analisi di buckling di una connessione in acciaio (EN)