Analisi parametrica sulle prestazioni di profili in parete sottile

This project aims to determine, through a deepening of the reference legislation, the load capacity of thin-walled cold-formed profiles, especially those with a C-section with stiffening. These types of sections are of great use because they have high strength characteristics despite their relatively small size, especially in terms of thickness, which greatly reduces the production and assembly costs of these elements. The problem is that most of them belong to the fourth class of ductility and, in fact, are subject to effects of distortional, local and also global instability, which have an important influence on the load capacity. Once the method of penalizing the resistant area for instability of a section is implemented, the procedure is extended to more general cases by varying the geometric and mechanical parameters that play a more decisive role in the definition of the carrying capacity of a structural element. The parametric analysis conducted has led to interesting and not as trivial results as we will see in the course of the treatment. The following chapter shows the main characteristics of the construction steel material with a brief nod to the phenomenon of instability. Later, in the second chapter, the structural theory of open thin profiles, sensitive to the effects of twisting and geometric and mechanical imperfections, is detailed. In the third chapter, however, the themes introduced in the second but with a purely regulatory approach are refocused, allowing to evaluate, design and verify the carrying capacity of this particular category of profiles. The fourth chapter shows all the data obtained from the parametric analysis for the assessment of the compression resistance of the profile under review as the main geometric and mechanical characteristics variation: thickness, length, width, length of stiffening, length of free inflection and yielding tension. The results reported are mainly the carrier capacity, the effective area, the top and bottom effective resistance modules, and the eccentricity that is created between the center of the effective section and that of the whole section. Finally, the fifth chapter contains the main steps for determining the carrying capacity of the profile under consideration for only two significant cases by using of the Abaqus CAE software that operates with finite elements. This step is aimed at confirming and validating the results obtained through the effective geometry penalty method proposed by current Eurocodes.

Il presente elaborato si propone come obiettivo principale quello di determinare, attraverso un approfondimento della normativa di riferimento, la capacità portante di profili sottili sagomati a freddo, in particolare quelli con sezione a C con irrigidimento. Questo tipo di sezioni risultano di grande utilità poiché hanno elevate caratteristiche di resistenza nonostante le dimensioni relativamente piccole soprattutto in termini di spessore, il che riduce notevolmente i costi di produzione e di assemblaggio di tali elementi. Il problema è che la maggior parte di essi appartiene alla quarta classe di duttilità e, infatti, sono soggetti ad effetti di instabilità distorsionale, locale e, in base poi alla lunghezza, anche globale che influenzano in modo consistente la capacità portante della sezione allontanando tale valore da quello effettivo di resistenza a compressione per snervamento o rottura. Una volta implementato il metodo di penalizzazione dell’area resistente per instabilità di una sezione definita in seguito, la procedura viene estesa a casi più generali facendo variare i parametri geometrici e meccanici che hanno un ruolo più decisivo nella definizione della capacità portante di un elemento strutturale. L’analisi parametrica condotta ha portato a dei risultati interessanti e non così banali come si vedrà nel corso della trattazione. Nel seguente capitolo sono esposte le principali caratteristiche del materiale acciaio da costruzione con un breve cenno al fenomeno dell’instabilità. Successivamente, nel secondo capitolo, viene esposta in maniera dettagliata la teoria strutturale relativa ai profili sottili aperti, sensibili agli effetti della torsione e delle imperfezioni geometriche e meccaniche. Nel terzo capitolo invece vengono ripercorse le tematiche introdotte nel secondo ma con un approccio prettamente di normativa, che permette di valutare, progettare e verificare la capacità portante di questa particolare categoria di profili. Nel quarto capitolo sono riportati invece tutti i dati ottenuti dall’analisi parametrica per la valutazione della resistenza a compressione del profilo in esame al variare delle principali caratteristiche geometriche e meccaniche: spessore, lunghezza, larghezza, lunghezza dell’irrigidimento, lunghezza di libera inflessione e tensione di snervamento. I risultati riportati riguardano principalmente la capacità portante, l’area efficace, i moduli di resistenza efficaci superiore ed inferiore e l’eccentricità che si crea tra il baricentro della sezione efficace e quello della sezione intera. Il quinto capitolo infine racchiude i passaggi principali per la determinazione della capacità portante del profilo in esame per solo due casi significativi attraverso l’utilizzo del software Abaqus CAE che opera con elementi finiti. Questo passaggio è finalizzato alla conferma e alla validazione dei risultati ottenuti attraverso il metodo di penalizzazione della geometria efficace proposto dalle normative vigenti. Si rimanda alla conclusione per eventuali commenti e confronti sui contenuti dell’elaborato.