Eurocodice 3 Masterclass: progettazione di strutture in acciaio con RFEM 6

Il narratore presenta il corso su RFEM 6 per la verifica dell'acciaio secondo l'Eurocodice 3, tra imperfezioni, rigidezza dei giunti e metodi di verifica. Segnala anche la versione trial gratuita di 90 giorni e la versione student gratuita di RFEM 6.

Il narratore illustra il contenuto del corso, incentrato su EC3-1-1, e gli add-on di RFEM 6 per la verifica dell'acciaio e la torsione di ingobbamento, incluso il nuovo add-on giunti acciaio. Spiega che le versioni nazionali dell'Eurocodice variano i coefficienti di sicurezza parziali per ogni paese.

Confronta effetto e resistenza di progetto, cioè il valore caratteristico diviso per il coefficiente parziale: gamma M0 per la sezione, gamma M1 per la stabilità, gamma M2 per la rottura da trazione. In RFEM 6 attiva la National Annex tedesca 2020 in Basic Data; in un materiale, scheda Steel Design, gamma M1 vale 1,1.

Mostra i materiali in RFEM 6: modulo elastico e di taglio predefiniti e, nella scheda Material Values, tensione di snervamento e resistenza ultima per intervalli di spessore. Nella Material Library filtra regione European Union e tipo Steel e cerca S235; scegliendo un altro acciaio i valori cambiano, poi annulla.

La parte teorica distingue l'analisi elastica dalla plastica secondo la classe della sezione (1 a 4) e confronta la teoria del primo e del secondo ordine su una colonna snella e una compatta. Presenta il coefficiente alfa critico (soglie 10 e 15, esempio 1,97), calcolabile con l'add-on Structure Stability di RFEM.

Nel modello di stabilità 2D, con l'add-on Structure Stability, il coefficiente di carico critico è 33,6 sulla sezione IPE 400 (momento 60 kNm). Riducendo a IPE 200 il coefficiente scende a 2,8 e la teoria del secondo ordine porta il momento a circa 91 kNm, quindi è più sicuro usarla sempre.

Si crea un nuovo caso di carico con un carico dell'asta di 5 kN/m e una combinazione di carico con la creazione guidata secondo l'eurocodice, attivando l'analisi di stabilità. Con la sezione IPE 400 allo stato limite ultimo, il coefficiente di carico critico minimo risulta 13,46 per la combinazione 3.

La teoria distingue le imperfezioni geometriche da quelle strutturali, entrambe coperte con imperfezioni geometriche equivalenti. Presenta l'oscillazione iniziale globale (base 1 a 200, ridotta da alfa M e alfa H), la curvatura iniziale locale delle tabelle EC3 e la forma modale scalata, applicata spostando i nodi.

Si crea un caso di imperfezione con un'imperfezione dell'asta di oscillazione iniziale secondo l'EC3, in direzione globale X, sulle aste 1 e 3. Invertito l'orientamento dell'asta visualizzata al contrario, si imposta la teoria del secondo ordine e il caso di imperfezione risulta già considerato nelle combinazioni.

La teoria presenta i metodi A, B e C per la verifica di stabilità dell'EC3, che uniscono imperfezioni globali e locali all'analisi del primo o del secondo ordine. Poi tratta i giunti dell'Eurocodice 3 parte 1-8: cerniera, rigido, semirigido, e il coefficiente ETA della tabella 5.2.

Con Edit Global Parameters si parametrizzano l'altezza H (5 m) e la rigidezza S (60.000 kNm), poi si crea un Member Hinge con la formula S iniziale diviso ETA, con ETA pari a 2 per il telaio a portale. Alle combinazioni di esercizio si applica una Structure Modification con fattore di rotazione 2.

La teoria illustra le quattro classi di sezione: la 1 e 2 con resistenza di progetto plastica, la 3 elastica, la 4 con riduzione a sezione efficace. Si spiega il metodo del rapporto c/t, con il limite di classe 1 pari a 9 volte epsilon, e il coefficiente alfa per flessione e compressione.

In RFEM 6 la classificazione automatica di Verifica acciaio, su una trave IP300 in S355, porta il sottopannello 3 in classe 4 e riduce l'area da 53,81 a 52,7 cm² secondo l'EC3-1-5. In flessione la sezione è di classe 1: il carico di 100 resta ben sotto la resistenza plastica di 223.

La teoria confronta le formule EC3 per le classi 1 a 4: tensioni equivalenti secondo von Mises, interazione lineare e riduzione di FY se il taglio supera il 50% della resistenza a taglio. La verifica a taglio con area efficace, anima più parte delle ali, supera il vecchio codice tedesco.

Nelle tabelle della verifica acciaio, su una trave IP 200 in S355, si attiva l'add on con Eurocodice 3 e appendice tedesca. Nelle sezioni la classificazione può essere forzata in classe 3 e in Design Configurations si copia la configurazione SLU come verifica elastica senza stabilità, poi assegnata all'asta.

Con la verifica acciaio attiva, Edit Member mostra cinque schede invece di due: tipi di verifica, configurazioni per SLU, esercizio e resistenza al fuoco da assegnare all'asta, e i vincoli di progetto, rinviati al capitolo 6. La verifica elastica creata prima compare già nell'elenco.

Avviato il calcolo dalle tabelle, nei tassi di lavoro sulle aste la verifica plastica secondo l'EC3 parte 1 risulta soddisfatta. Attivando nella configurazione la verifica elastica con l'equazione e rieseguendo, la verifica non è più soddisfatta e i dettagli mostrano i criteri di tensione di von Mises.

La teoria spiega perché l'imbozzamento per taglio va verificato a parte: la classificazione copre solo le tensioni longitudinali Sigma X. Se il rapporto altezza su spessore supera il valore limite serve la verifica; nelle tabelle IP e H l'acciaio S235 non pone problemi, una sezione saldata molto snella sì.

Su una sezione saldata molto snella con carico di 200 kN/m la verifica di imbozzamento per taglio non è soddisfatta e il punto 5.12 chiede irrigidimenti alle estremità. In Edit Member le piastre di estremità non bastano; con tre irrigidimenti ogni 25% della lunghezza, spaziati 1,5 m, risulta soddisfatta.

La lezione illustra i due metodi di verifica di stabilità dell'EC3 (coefficiente gamma M1) e i modi di rottura per instabilità flessionale, torsionale e flesso torsionale, con il moltiplicatore alfa critico. Richiama poi i capitoli 6.3.2, 6.3.3 e 6.3.4 (metodo generale); il 6.3.5 non è implementato.

Nel modello Stabilità 2D si attiva Steel Design con l'ultima appendice nazionale tedesca, poi in Design Configurations si impone la verifica di stabilità. Si crea un Effective Lengths per le colonne e in Edit Member si inserisce un nodo sull'asta al 50%: i dettagli danno 6 m in Y e 3 m attorno all'asse Z.

Sulla trave si creano tre nodi intermedi con Divide Member, senza dividerla, e si assegna un nuovo Effective Lengths con vincoli in direzione Y e attorno all'asse X. Il calcolo non produce più avvisi e la verifica di stabilità risulta soddisfatta.

Per la trave si crea un nuovo Boundary Conditions; il calcolo fallisce perché sono assegnati insieme Effective Lengths e Boundary Conditions, poi si disattivano i primi e la verifica riesce secondo il capitolo 6.3.4. La tabella finale segnala che M3 richiede la teoria del secondo ordine a 7 gradi di libertà.

In RFEM 6 la verifica acciaio riguarda solo la trave trasversale: il tasso di lavoro è 1,86, con inflessione totale 24,8 mm contro il limite 13,3 mm. In Edit Member il riferimento di spostamento passa alle estremità del segmento deformato: l'inflessione scende a 12,7 mm e la verifica è soddisfatta.

Sulla trave numero quattro il criterio limite è L diviso 300 anche sullo sbalzo, valore errato. In Edit Member un vincolo esterno di progetto attivo sull'asse Z viene assegnato a inizio asta e al nodo numero nove: ne risultano un tratto trave di 3 m con L diviso 300 e uno sbalzo di 1 metro e mezzo con L diviso 150.

Sul semi-telaio rastremato si usa il metodo generale e in Base Data si attiva Steel Design con appendice nazionale tedesca. I risultati danno solo le verifiche di sezione e l'avviso su Effective Lengths o Boundary Conditions non assegnate. In Ultimate Configurations si aggiunge Elastic Analysis.

Per il semi-telaio si crea un Member Set tra trave e colonna con le Boundary Conditions, ottenendo l'instabilità flesso torsionale del telaio nella deformata modale. Aggiungendo un momento locale al 50% della lunghezza della trave, il ricalcolo dà errore: il set di aste non è verificabile con il metodo generale.

In Base Data si attivano ingobbamento torsionale e analisi di stabilità e ai carichi si dà un'eccentricità di meno 250 mm in Z. Si creano i Member Set di tutte le travi, con imperfezione da modo di instabilità pari alla lunghezza diviso 150 e teoria del terzo ordine. Il set di aste 6 dà un tasso di lavoro di 0,4.

Sulla trave per piattaforme (travi principali di 7,2 metri, traverse HEB 240) Stress-Strain Analysis dà quasi l'80% sull'asta 11, mentre Steel Design dà il 69% con la sezione di classe uno. Con Effective Lengths per la sola instabilità flesso torsionale la verifica fallisce: momento circa 450, resistenza 260.

Dall'articolo tecnico si prende la rigidezza e in Types for Members si crea un Member Rotational Restraint di tipo Manually con 134 kNm/m. Attivato il vincolo in Edit Member, la verifica dà un tasso di lavoro di 1,071 rispetto a uno, quindi ancora non soddisfatta.

Molle da 348 kNm/rad sui nodi intermedi in Effective Lengths, con la verifica elastica disattivata, portano il tasso di lavoro al 97,5%. Con ingobbamento torsionale e imperfezione da modo di instabilità la verifica di sezione dà circa il 99%. Il coefficiente critico di circa 2,5 si confronta sul modello a superfici.