Metodi computazionali per l'analisi a collasso di travi metalliche poligonali

This thesis describes the realization of a computational model, studying the flexural behaviour of polygonal sections at ultimate limit state. This type of section is used as support of antennas in telecommunications, lighting roads, stadiums and large sports facilities, such as light housing towers. The main goal is to evaluate the flexural strength of the examined sections. Because of the high slenderness, these structures are subjected to local buckling phenomenon, which complicates the determination of the problem. The computational results of the analysis are compared with the procedures provided by Eurocode 3 (effective cross-section method and reduced stress method), checking their suitability. The numerical model has been created using the software Abaqus, and has been validated with experimental data obtained from the literature research, concerning rectangular hollow section (RHS). The model was developed, improving on it with the addition of material hardening, imperfections and residual stresses. The data have been taken from Eurocode 3, literature or by experimental tests. It has been examined in detail the hexagonal sections behaviour, testing the response in the two principal directions. Then, it has been studied the effect of increasing sides number of the section, analysing 4, 6, 8, 10, 12, 16-sides profiles and the limit case of tubular section, identifying the highest performing between them. Tapered sections are secondly analysed, even in presence of lightening, studying the effect of the variation of the section along the height and the presence of open holes. The analyses allowed us to understand the mechanisms by which the resistance develops in this type of sections. The comparison of the results of the numerical models with the Eurocode 3 ones, has shown that often the legislation underestimates excessively the resistance values. Moreover, in cases of tapered sections or lightened ones, the legislation proves to be deficient if not entirely inapplicable.

Questo lavoro descrive la realizzazione di un modello computazionale per lo studio del comportamento a collasso di sezioni poligonali soggette a flessione. Questo tipo di sezione viene utilizzato nell’ambito delle telecomunicazioni, per il supporto di antenne, e nel campo dell’illuminazione di strade, stadi e grandi impianti sportivi, come torri portafaro. L’obiettivo principale è quello di valutare la capacità portante delle sezioni esaminate. Data l’elevata snellezza di queste strutture, sono soggette al fenomeno del buckling locale che rende più complicato determinarne la resistenza ultima. I risultati dell’analisi computazionale vengono messi a confronto con i procedimenti previsti dalla normativa europea (metodo della larghezza efficace e metodo delle tensioni ridotte), verificando la loro adeguatezza. Il modello numerico è stato costruito avvalendosi del software Abaqus, ed è stato validato sfruttando i dati sperimentali ricavati dalla ricerca in letteratura, riguardanti le sezioni rettangolari cave. Il modello, è stato messo a punto perfezionandolo con l’aggiunta di legame costitutivo incrudente, imperfezioni ed autotensioni, i cui dati sono stati desunti dalla normativa europea, da articoli in letteratura o da prove sperimentali. Si è esaminato in dettaglio il comportamento delle sezioni esagonali, testando la risposta a flessione nelle due direzioni principali di sollecitazione. È stata studiata poi l’influenza del numero di lati della sezione, analizzando profili da 4, 6, 8, 10, 12, 16 lati ed il caso limite di profilo cilindrico, individuando la più performante tra esse. Vengono poi analizzate sezioni rastremate, anche in presenza di alleggerimenti, studiando l’effetto della variazione della sezione lungo l’altezza e della presenza di aperture. Le numerose analisi hanno permesso di comprendere a fondo i meccanismi con cui si sviluppa la resistenza di questo tipo di sezioni. Il confronto dei risultati dei modelli numerici con quelli della normativa ha evidenziato che spesso, quest’ultima, sottostima eccessivamente i valori di resistenza. Inoltre, nei casi di sezioni rastremate o alleggerite, questa si dimostra carente se non del tutto inapplicabile.